Ученые синтезировали 2D материал, создающий вихревое электрическое поле

Вихревое электрическое поле, использование которого может улучшить работу будущих электронных, магнитных и оптических устройств, создали с помощью манипуляций с двуслойным двумерным материалом исследователи из Городского университета Гонконга (CityUHK) совместно с коллегами из других научных организаций, 8 декабря сообщает сайт новостей науки EurekAlert со ссылкой на пресс-службу университета.
Профессор химического факультета и один из основных сотрудников Центра супералмазов и инновационных пленок CityUHK Тук Хюэ Ли пояснила:
«Раньше для создания вихревого электрического поля требовались дорогостоящие технологии нанесения тонких пленок и сложные процедуры. Однако наше исследование показало, что простой поворот в двухслойных двумерных материалах может легко вызвать это вихревое электрическое поле».
Для получения простой связи между слоями ученые, как правило, синтезировали сразу бислои тонких пленок. Однако существовала проблема с возможностью свободной установки угла поворота, особенно небольшого.
Команда профессора Ли изобрела инновационную технологию переноса второго слоя с помощью льда, которая, имела решающее значение для достижения простой связи между бислоями, позволяющей исследователям свободно манипулировать бислоями и создавать повернутые друг относительно друга слои двумерного материала.
В отличие от предыдущих исследований, в которых ученые манипулировали углами поворота менее 3 градусов, новая методика команды позволила им создавать широкий спектр углов поворота слоев дисульфида молибдена (MoS₂) в диапазоне от 0 до 60 градусов.
Революционное открытие возможности создавать вихревое электрическое поле в сдвинутом бислое позволило исследователям создать двумерный квазикристалл, способный улучшить работу электронных, магнитных и оптических устройств.
Квазикристаллы представляют собой нерегулярно упорядоченные структуры. Их низкие тепло- и электропроводность делает квазикристаллы идеальными для изготовления высокопрочных поверхностных покрытий, например, для сковородок. Но такие структуры, как указала профессор Ли, могут иметь широкий спектр применений, поскольку генерируемое ими вихревое электрическое поле может изменяться в зависимости от угла поворота.
Эти квазикристаллы могут стать основой более стабильной памяти для электронных устройств, обеспечить сверхбыструю мобильность и скорость вычислений, переключение поляризации без рассеяния, новые оптические эффекты поляризации и достижения в области спинтроники.
В процессе исследования команда профессора Ли для получения четкой границы раздела между двумя слоями разработала оригинальную технологию, использующую лед для перемещения второго слоя.
Синтезируя слои и создавая 2D-материалы с использованием тонкого слоя льда, команда создала простую связь между ними, которая позволила легко ими манипулировать. По сравнению с другими методами, метод переноса слоя с помощью льда более эффективен, занимает меньше времени и является более экономичным.
В процессе анализа полученного материала с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (4D-TEM) исследователи наблюдали в созданной двухслойной двухмерной структуре новое вихревое электрическое поле.
Учитывая широкий спектр применения поворотов слоев в таком материале, команда намерена продолжать свои исследования для полного раскрытия потенциала своего открытия. На следующих этапах они предполагают проверить возможность наложения большего количества слоев, а также выяснить, можно ли добиться такого же эффекта, используя другие материалы.
Запатентовав свою технологию переноса слоев с помощью льда, команда надеется с ее помощью сделать другие глобальные открытия, поскольку теперь стало возможным создавать простые двухслойные интерфейсы без длительных и дорогостоящих процедур.
Профессор Ли подчеркнула, что их открытие, хотя и находится еще на ранней стадии применения, может кардинально изменить правила игры в создании сенсорных устройств, новых видов памяти, в квантовых вычислениях, нанотехнологии и спинтронике.
Результаты своего исследования ученые CityUHK представили в статье «Полярный квазикристаллический вихрь, наблюдаемый в сдвинутом двухслойном дисульфиде молибдена» (Polar and quasicrystal vortex observed in twisted-bilayer molybdenum disulfide), опубликованной в журнале Science.