De senaste framstegen i utvecklingen av enheter gjorda av 2D-material banar väg för nya tekniska möjligheter, särskilt inom kvantteknikområdet. Hittills har dock lite forskning utförts om energiförluster i starkt samverkande system.
Med detta i åtanke använde teamet ledd av professor Ernst Meyer från Institutionen för fysik vid universitetet i Basel ett atomkraftmikroskop i pendelläge för att undersöka en grafenanordning mer i detalj. För detta använde forskarna en tvålagers grafen, tillverkad av kollegor vid LMU München, där de två lagren vreds med 1,08°.
När de staplas och vrids i förhållande till varandra, producerar de två lagren av grafen "moiré"-överbyggnader, och materialet får nya egenskaper. Till exempel, när de två skikten vrids av den så kallade magiska vinkeln på 1,08°, blir grafen en supraledare vid mycket låga temperaturer och leder elektricitet nästan utan energiförlust.
Med hjälp av atomic force microscopy (AFM)-mätningar har Dr Alexina Ollier nu kunnat bevisa att vridningsvinkeln för de atomära grafenlagren var enhetlig över hela lagret, vid cirka 1,06°. Hon kunde också mäta hur grafenskiktets strömledande egenskaper kan ändras och justeras som en funktion av laddningen som appliceras på enheten.
Beroende på "laddningen" av de enskilda grafencellerna med elektroner, uppträdde materialet som en isolator eller en halvledare. Den relativt höga temperaturen på 5 Kelvin (-268,15°C) under mätningarna gjorde att forskarna inte uppnådde supraledning i grafenet, eftersom detta fenomen – strömledning utan energiförlust – bara inträffar vid en mycket lägre temperatur på 1,7 Kelvin.
"Vi kunde dock inte bara modifiera och mäta enhetens strömledande egenskaper", förklarar Ollier, första författare till studien som nu publicerats i Communications Physics , "men också för att ge magnetiska egenskaper till grafenet - som naturligtvis inte består av annat än kolatomer."
"Det är en prestation att vi kan avbilda små grafenflingor i elektriska komponenter, ändra deras elektriska och magnetiska egenskaper och mäta dem exakt", säger Meyer om arbetet, som ingick i en doktorsavhandling vid SNI Ph. D. Skola. "I framtiden kommer den här metoden också att hjälpa oss att fastställa energiförlusten för olika tvådimensionella komponenter i händelse av starka interaktioner."
Mer information: Alexina Ollier et al, Energiförlust på magisk vinkel vriden dubbelskiktsgrafen, Kommunikationsfysik (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01441-4
Journalinformation: Kommunikationsfysik
Tillhandahålls av University of Basel
