Ett team av forskare vid National Graphene Institute, har visat att atomgaller av lätt vridna 2-D-övergångsmetalldykalkogenider genomgår omfattande gitterrekonstruktion, som kan mönstra sina optoelektroniska egenskaper på nanometers längdskala.

Sedan isoleringen av grafen 2004, forskare har identifierat en mängd 2-D-material, var och en med specifika och ofta spännande egenskaper.

Mer viktigt, dessa atomtunna kristaller kan staplas ihop, på samma sätt som att stapla Lego -klossar, för att skapa konstgjorda material med önskade egenskaper, kallas heterostrukturer.

Den ömsesidiga rotationen av intilliggande kristaller i sådana heterostrukturer, eller vrid, spelar en viktig roll i deras resulterande egenskaper, men hittills har dessa studier i stor utsträckning begränsats till grafen och hexagonal bornitrid.

I rapporten publicerad i Naturnanoteknik , laget har beskrivit att för små vridningsvinklar justeras atomgitter av övergångsmetall -dikalkogenider lokalt för att bilda perfekt staplade tvåskiktsöar, separeras av korngränser som ackumulerar den resulterande belastningen. Med hjälp av atomupplösningstransmissionselektronmikroskopi (TEM) har de visat att stapling av de två monoskikten nästan parallellt med varandra (vridvinkel nära 0 °) och antiparallell (vridvinkel nära 180 °) ger slående olika periodiska domänmönster.

De elektroniska egenskaperna hos 2-D-material förväntas bero på den lokala atomiska staplingskonfigurationen och sådana periodiska domännätverk kan öppna en väg för att mönstra materialegenskaper med nanometerprecision. För detta ändamål, teamet har funnit att domänen i nästan parallella dubbelskikt demonstrerar inneboende asymmetri för elektroniska vågfunktioner som tidigare inte setts i andra 2-D-material.

I antiparallellskikt, den resulterande domänstrukturen producerar starka piezoelektriska strukturer som detekteras av konduktivt atomkraftsmikroskop, som styr elektronernas rörelse, hål på excitoner i detta system.

Detta arbete visar att "twist" -graden av frihet i heterostrukturdesign kan tillåta skapandet av nya spännande kvantsystem, såsom kontrollerbara periodiska uppsättningar av kvantprickar och enstaka fotonutsändare.

Astrid Weston, som författade tidningen sa:"En grundläggande förståelse för utvecklingen av kristallstrukturen i vridna övergångsmetalldikalkogenider är avgörande för studiet av deras spännande elektroniska och optiska egenskaper och saknades i fältet."

Dr Roman Gorbatsjov, som ledde laget sa:"Twisten kommer att ha en banbrytande inverkan på fältet för 2-D-material, och vårt arbete är en viktig milstolpe på denna väg. "