物理科技生物学-PHYICA

具有扭曲的分层石有沢杏墨烯显示出2D的独特量子限制

纳米技术 2021-09-29 23:58:08

由Brookhaven国家实验室工作人员科学家Jurek Sadowski(左)和Postdoc中卫戴在Brookhaven国家实验室功能纳米材料(CFN)中心的量子材料(Qpress)设施[图

大圆形件是中央QPress机器人,具有附着在侧面上的各种模块,用于样品退火,膜沉积,等离子体清洁和样品文库

全QPress系统,仍在开发中,将使用EXO将2-D材料堆叠成分层结构Quantum Applications的TIC属性

学分:Brookhaven国家实验室科学家研究两种不同配置的双层石墨烯 - 二维(2D),原子薄形式的碳 - 已经检测到的电子和光学层间共振

在这些谐振状态中,通过表征这些状态,在相同频率的2D接口中的两个原子平面之间来回来回反弹,它们发现将一个石墨烯层的相对扭曲为30度对另一个而不是将层彼此直接堆叠,而是将谐振转移到较低的能量

从该结果中,刚刚在物理评论信中发布,他们推导出两层之间的距离增加与扭曲的配置显着,与堆叠的一个

相比

当该距离变化时,夹层相互作用所以影响电子在双层系统中的电子移动了

对该电子运动的理解可以通知更强大的计算和更安全通信的未来量子技术的设计

“今天的电脑芯片基于我们对电子在半导体,特别是硅的方式移动的知识,”第一个和相同的作者中卫DAI,在U

的功能纳米材料(CFN)中心的界面科学和催化组中的POSTDOC

能源(DOE)的Brookhaven国家实验室

“但是,就可以制造了小晶体管以及有多少可以在芯片上达到芯片

,如果我们能够理解电子方式移动到小规模的方式,则硅的物理性质正在达到物理限制在2D材料的减小尺寸下,几纳米,我们可能能够解锁另一种方式来利用量子信息科学的电子

“在几纳米,或仪表的十亿分之一,材料系统的尺寸与电子的波长的波长

相当,当电子被限制在具有它们的波波尺寸的空间中时Th,材料的电子和光学性质改变

这些量子限制效应是量子机械波状运动的结果而不是经典的机械运动,其中电子通过材料移动并且被随机缺陷散射

对于这项研究,该团队选择了一个简单的材料模型 - 石墨烯 - 研究量子限制效应,施加两种不同的探针:电子和光子(光颗粒)

探测电子和光学谐振,它们使用了一个特殊的基材,将石墨烯可以转移到其中

联合对应作者和CFN界面科学和催化组科学家Jurek Sadowski先前已经为量子材料压力机(QPRESS)的该基板设计了

1图23是Qpress是在CFN材料合成和表征设施中开发的自动化工具,用于分层2D材料的合成,加工和表征

传统上,科学家从3D母晶体中剥去2D材料“薄片”( E

G

,从石墨中的石墨烯)在二百纳米厚

然而,该基板是绝缘的,因此电子基询问技术Don' T工作

所以,Sadowski和CFN科学家长勇纳姆和石石溪大学研究生Ashwanth Simramanian沉积在二氧化硅基底上仅三纳米厚的氧化钛的导电层

“该层是足够透明的,足以用于光学表征和确定剥落的薄片的厚度和堆叠单层的厚度,同时对电子显微镜或基于同步的基于同步的光谱技术进行导电,”Sadowski

在大学的Charlie Johnson Group中解释宾夕法尼亚州 - 丽贝卡W

Bushnell物理学和天文教授查理约翰逊,博士张张,前博士Zhaoli高(现在是香港中文大学的助理教授) - 在金属铝箔上制作石墨烯将其转移到氧化钛/二氧化硅SU上当以这种方式生长石墨烯

时,所有三个结构域(单层,堆叠和扭曲)存在

(a)电子和光子散射的实验装置的示意图

(b)由扭曲双层石墨烯(30°-tblg)晶体结构形成的图案的原子模型

(c)含有30个典型样品区域的低能量电子显微镜图像°-TBLG,堆叠双层石墨烯(AB-BLG)和单层石墨烯(SLG)

(d)在30°-tblg区域上的低能量电子衍射图案

信贷:布鲁克海根国家实验室随后,戴和萨德斯基设计并进行了实验,他们将电子射入了本质l用低能量电子显微镜(leem)并检测到反射的电子

它们还将光子从基于激光的光学显微镜焙烧,具有光谱仪进入材料,并分析了散射的光谱

该共焦拉曼显微镜是QPress Cataloger的一部分,其与图像分析软件一起,可以针对兴趣的样本区域的位置进行精确定位

“QPRESS拉曼显微镜使我们能够快速识别目标样本地区,加速我们的研究,“戴戴

它们的结果表明,扭曲的石墨烯配置中的层之间的间距相对于非扭曲构型增加了大约六个百分之六%

由理论者计算新罕布什尔州大学IFERIED在扭曲配置中的独特谐振电子行为

“”由旋转石墨烯制成的器件可能具有非常有趣和意外的特性,因为电子可以移动的层间间距增加,“Sadowski

接下来,该团队将用扭曲的石墨烯制造设备

该团队还将在CFN员工科学家Samuel Tenney和CFN Postdocs Calley Eads和Nikhil Tiwale进行的初始实验上探索如何将不同的材料添加到分层上结构影响其电子和光学性能

“在这个初步研究中,我们选择了最简单的2D材料系统,我们可以合成和控制,了解电子的表现,”Dai

“我们计划继续这些类型基本研究,希望如何阐明如何操纵量子计算和通信材料

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