El apilamiento vertical de materiales bidimensionales (2D) para formar homo o heteroestructuras de Van der Waals se ha convertido en un medio eficaz para regular sus propiedades físicas y mecánicas. En particular, cuando hay un pequeño ángulo de torsión en la interfaz apilada, las estructuras 2D a menudo muestran muchos fenómenos físicos interesantes e incluso mágicos debido al acoplamiento único entre capas.
En el caso del grafeno bicapa con un ángulo de torsión pequeño, la interfaz torcida se someterá a una reconstrucción atómica espontánea debido a la competencia entre la energía de apilamiento entre capas y la energía de deformación elástica intracapa. Esta estructura apilada especial puede provocar muchos fenómenos inesperados, incluido el estado aislante de Mott, superconductividad no convencional y ferromagnetismo espontáneo.
Recientemente, se ha descubierto que las interfaces retorcidas no sólo pueden aparecer en la capa superficial, sino que también pueden incrustarse dentro de las estructuras de Van der Waals, lo que puede conducir a comportamientos físicos más ricos. Para estas interesantes arquitecturas 2D, sus propiedades físicas son muy sensibles al estado de apilamiento de las capas e interfaces internas.
Desafortunadamente, cómo caracterizar con precisión la estructura de apilamiento integrada sigue siendo un gran desafío. Además, es científicamente intrigante y permanece inexplorado si las interfaces retorcidas integradas también se someterán a una reconstrucción atómica y qué impactos puede tener la reconstrucción en las capas atómicas vecinas, así como en todas las unidades apiladas.
Para responder a estas preguntas, el grupo del profesor Qunyang Li en la Universidad de Tsinghua y el grupo del profesor Ouyang Wengen en la Universidad de Wuhan han desarrollado un nuevo método basado en microscopía conductiva de fuerza atómica (c-AFM) para caracterizar y reconstruir el estado de apilamiento interno de material en capas retorcidas mediante simples Mediciones de conductividad superficial. El trabajo relacionado ha sido publicado en National Science Review. .
Sus resultados experimentales han demostrado que las interfaces retorcidas aún pueden sufrir una reconstrucción atómica y afectar notablemente a la conductividad de la superficie incluso cuando están incrustadas a 10 capas atómicas debajo de la superficie. Para comprender mejor la estructura atómica del sistema multicapa retorcido, se construyó un sistema de grafeno multicapa similar a las muestras experimentales en un modelo de simulación de dinámica molecular (MD) considerando con precisión las interacciones entre capas.
Los resultados de la simulación han revelado que para interfaces retorcidas de ángulo pequeño incrustadas en el interior del material, la reconstrucción atómica puede ocurrir y promover la deformación rotacional en el plano de las capas de grafeno adyacentes. Sin embargo, la deformación rotacional atómica de la capa de grafeno decae gradualmente a medida que uno se aleja de la interfaz retorcida.
Basándose en las estructuras atómicas reveladas en simulaciones MD, el grupo de investigación propuso un modelo de resistencia a la dispersión en serie (modelo SSR) para cuantificar la influencia del estado de apilamiento del sistema multicapa retorcido en su conductividad superficial.
El nuevo modelo permite realizar directamente una correlación entre la conductividad de la superficie y la estructura de apilamiento interna, lo que es aplicable incluso para muestras multicapa retorcidas con defectos cristalinos complejos (por ejemplo, dislocaciones). El trabajo proporciona un medio simple, conveniente y de alta resolución para caracterizar las estructuras de apilamiento interno de materiales en capas retorcidas, lo cual es crucial para los estudios fundamentales de estructuras apiladas en 2D y el desarrollo de electrónica retorcida emergente.
Más información: Huan Wang et al, Deduciendo las interfaces internas del grafeno multicapa retorcido mediante conductividad superficial regulada por muaré, National Science Review (2023). DOI:10.1093/nsr/nwad175
Proporcionado por Science China Press
