IMDEA Nanociencia 的研究人员开发了一种分析方法来解释扭曲双层石墨烯中准完美一维莫尔图案的形成。当施加应变力时,这种图案会在堆叠的二维材料中自然出现,代表一组电子通道。
IMDEA Nanociencia 理论建模小组研究员 Pierre Pantaleón 博士与小组负责人 Paco Guinea 教授就应变,有两层堆叠在一起,并在很小的力的作用下略微伸展。皮埃尔是一位一丝不苟的研究人员,对视觉辅助工具情有独钟,当他向小组展示他对拉伸石墨烯的动画可视化时,帕科注意到了一个其他人都没有注意到的异常现象。
事实证明,当双层石墨烯受到压力时,其布里渊区(动量空间中的单位晶胞)会变形并最终在一个方向上坍塌。坍塌点的这种变形导致 Pierre 的可视化程序出现错误,表明存在某种奇点。
在物理学中,像研究人员观察到的奇点一样,奇点需要仔细考虑。它们可能表明某些东西可能出了问题或发生了变化,或者只是需要仔细检查。目前在波兰奥波莱大学工作的理论物理学家安德烈亚斯·辛纳博士加入了帕科的研究小组,并开始与皮埃尔一起研究这种奇点的起源。
真正吸引他们注意的是现实空间中的并发变换:应变石墨烯在二维材料中产生了几乎完美的一维莫尔条纹(一维通道)。
此前,科学家曾通过显微镜观察到此类现象,并将其视为设计错误,例如位错或粘附材料。例如,参见麦克尤恩(康奈尔大学)门多萨(里约热内卢大学)或朱(哥伦比亚大学)。
但这些看似伪像的背后隐藏着隐藏的效果。IMDEA Nanociencia 的研究团队证实,这是六边形蜂窝晶格中的自然现象——就像石墨烯一样——具体发生在两层以轻微扭曲角度堆叠并施加应变时。
研究人员最重要的贡献在于他们发现了产生这些一维通道所需的临界应变的解析解。令人惊讶的是,这个解决方案非常简单,只依赖于两个变量:扭转角和泊松比——一个材料特定的常数。这些发现使他们创建了一个数学公式来描述这种现象,这个公式为我们提供了它的物理起源信息。
他们的工作中描述的物理学现在发布在物理评论快报,并不新鲜,但用如此简单的术语——单一的分析表达式——来解释这一现象,却优雅而独特。
这一发现为在具有这些一维通道的表面上设计新型材料打开了大门。在这些通道中,电子受到限制,这与它们在标准二维石墨烯景观中表现出的自由运动形成鲜明对比。这些通道内的电子也表现出优先的移动方向。
这一发现意义重大,其应用潜力可延伸至其他材料,如二硫属化物,并且可延伸至其他几何结构。