Гетеронапряжение
Термин материаловедения

Термин гетеродеформация был предложен в 2018 году в контексте материаловедения для упрощения обозначения возможных ситуаций деформации в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, где два (или более) двумерных материала укладываются друг на друга. [1] Эти слои могут испытывать одинаковую деформацию (гомодеформацию) или разные деформации (гетеродеформацию). Помимо скручивания , гетеродеформация может иметь важные последствия для электронных [2] [3] и оптических [4] свойств полученной структуры. Таким образом, управление гетеродеформацией [5] [6] становится подобластью стрейнтроники , в которой свойства двумерных материалов контролируются деформацией. В недавних работах сообщалось о детерминированном управлении гетеродеформацией путем обработки образцов [7] или с помощью наконечника АСМ [8], представляющего особый интерес для скрученных гетероструктур. Гетеродеформация сама по себе (без скручивания) также была определена как параметр для настройки электронных свойств структур Ван-дер-Ваальса, например, в скрученных слоях графена с двуосной гетеродеформацией. [9]

Этимология

Heterostrain образовано от греческого префикса hetero- (разный) и существительного strain . Это означает, что два слоя, составляющие структуру, подвержены разным деформациям. [1] Это контрастирует с homostrain, в котором два слоя подвержены одной и той же деформации. [1] Некоторые авторы обозначают heterostrain как «относительную деформацию». [10]

Проявление и измерение гетеродеформации

Для простоты рассматривается случай двух слоев графена . Описание может быть обобщено на случай различных 2D материалов, образующих гетероструктуру .

В природе два слоя графена обычно накладываются друг на друга со сдвигом на половину элементарной ячейки. Такая конфигурация является наиболее энергетически выгодной и встречается в графите . Если один слой деформируется, а другой остается нетронутым, то образуется муаровый узор, указывающий на области, где атомные решетки двух слоев находятся в регистре или вне его. Форма муарового узора зависит от типа деформации.

  • Если слой деформирован в одном направлении (одноосная гетеродеформация), муар будет одномерным.
  • Если слой деформирован одинаково в двух направлениях (двуосная гетеродеформация), то муар представляет собой двумерную сверхструктуру.

В общем случае слой может быть деформирован произвольным сочетанием обоих типов гетеродеформации.

Гетеродеформацию можно измерить с помощью сканирующего туннельного микроскопа , который обеспечивает изображения, показывающие как атомную решетку первого слоя, так и сверхрешетку муара. Соотнесение атомной решетки с решеткой муара позволяет полностью определить относительное расположение слоев (двуосную, одноосную гетеродеформацию и кручение). [11] Метод невосприимчив к калибровочным артефактам, которые одинаково влияют на изображение двух слоев, что сводится на нет при относительном измерении. В качестве альтернативы, с хорошо откалиброванным микроскопом и если двуосная гетеродеформация достаточно низкая, можно определить кручение и одноосную гетеродеформацию, зная период муара во всех направлениях. [12] Напротив, гораздо сложнее определить гомодеформацию, что требует калибровочного образца.

Происхождение и влияние гетеродеформации

Гетеродеформация генерируется во время изготовления стека 2D-материалов. Она может быть результатом метастабильной конфигурации во время сборки снизу вверх [1] или манипуляции слоями в технике разрыва и укладки. [13] Было показано, что она повсеместно распространена в скрученных слоях графена вблизи угла магического поворота и является основным фактором ширины плоской зоны этих систем. [2] [3] Гетеродеформация оказывает гораздо большее влияние на электронные свойства, чем гомодеформация. [1] Она объясняет некоторую изменчивость образца, которая ранее была озадачивающей. [3] [14] В настоящее время исследования движутся к пониманию влияния пространственных флуктуаций гетеродеформации. [15]

Ссылки

  1. ^ abcde Huder, Loïc; Artaud, Alexandre; Le Quang, Toai; de Laissardière, Guy Trambly; Jansen, Aloysius GM; Lapertot, Gérard; Chapelier, Claude; Renard, Vincent T. (2018-04-12). "Электронный спектр скрученных графеновых слоев при гетеронапряжении". Physical Review Letters . 120 (15): 156405. arXiv : 1803.03505 . Bibcode : 2018PhRvL.120o6405H. doi : 10.1103/PhysRevLett.120.156405. PMID  29756887. S2CID  21734003.
  2. ^ ab Bi, Zhen; Yuan, Noah FQ; Fu, Liang (2019-07-31). "Проектирование плоских полос по деформации". Physical Review B. 100 ( 3): 035448. arXiv : 1902.10146 . Bibcode : 2019PhRvB.100c5448B. doi : 10.1103/PhysRevB.100.035448. ISSN  2469-9950. S2CID  118982311.
  3. ^ abc Mesple, Florie; Missaoui, Ahmed; Cea, Tommaso; Huder, Loic; Guinea, Francisco; Trambly de Laissardière, Guy; Chapelier, Claude; Renard, Vincent T. (2021-09-17). "Heterostrain Defines Flat Bands in Magic-Angle Twisted Graphene Layers". Physical Review Letters . 127 (12): 126405. arXiv : 2012.02475 . Bibcode : 2021PhRvL.127l6405M. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.126405. ISSN  0031-9007. PMID  34597066. S2CID  227305789.
  4. ^ Чжэн, Хуэйюань; Чжай, Давэй; Яо, Ван (2021-10-01). "Контроль оптических свойств мини-зон муарового экситона с помощью скручивания и гетеродеформации". 2D Materials . 8 (4): 044016. arXiv : 2110.01487 . Bibcode : 2021TDM.....8d4016Z. doi : 10.1088/2053-1583/ac2d16. ISSN  2053-1583. S2CID  238259645.
  5. ^ Капфер, Мяэль; Йессен, Бьярке С.; Эйзель, Меган Э.; Фу, Мэтью; Даниэльсен, Дорте Р.; Дарлингтон, Томас П.; Мур, Сэмюэл Л.; Финни, Натан Р.; Маркезе, Ариана; Се, Валери; Майчжак, Полина; Цзян, Чжихао; Бисвас, Дипнараян; Дудин, Павел; Авила, Хосе (2023). «Программирование угла скручивания и профилей деформации в 2D-материалах». Наука . 381 (6658): 677–681 . arXiv : 2209.10696 . Бибкод : 2023Sci...381..677K. doi : 10.1126/science.ade9995. PMID  37561852.
  6. ^ Пенья, Тара; Дей, Адитья; Чоудхури, Шойеб А.; Азизиманеш, Ахмад; Хоу, Вэньхуэй; Севакет, Арфан; Уотсон, Карла Л.; Аскари, Хесам; Ву, Стивен М. (2023). «Инженерия муара в двумерных гетероструктурах с деформацией, вызванной процессом». Applied Physics Letters . 122 (14): 143101. arXiv : 2210.03480 . Bibcode : 2023ApPhL.122n3101P. doi : 10.1063/5.0142406. S2CID  252762502.
  7. ^ Тара, Пена (2023). «Инженерия муара в двумерных гетероструктурах с деформацией, вызванной процессом». Appl. Phys. Lett . 122 (14): 143101. arXiv : 2210.03480 . Bibcode : 2023ApPhL.122n3101P. doi : 10.1063/5.0142406. S2CID  252762502 – через AIP Publishing.
  8. ^ Капфер, Маэль; Йессен, Бьярке С.; Эйзель, Меган Э.; Фу, Мэтью; Даниэльсен, Дорте Р.; Дарлингтон, Томас П.; Мур, Сэмюэл Л.; Финни, Натан Р.; Маркезе, Ариана; Се, Валери; Майчжак, Полина; Цзян, Чжихао; Бисвас, Дипнараян; Дудин, Павел; Авила, Хосе (11 августа 2023 г.). «Программирование угла скручивания и профилей деформации в 2D-материалах». Наука . 381 (6658): 677–681 . arXiv : 2209.10696 . Бибкод : 2023Sci...381..677K. doi : 10.1126/science.ade9995. ISSN  0036-8075. PMID  37561852. S2CID  252438585.
  9. ^ Меспле, Флори; Валет, Нильс Р.; Трамбли де Лайссардьер, Гай; Гвинея, Франциско; Дошенович, Джордже; Окуно, Ханако; Пайе, Колин; Мишон, Адриен; Шапелье, Клод; Ренар, Винсент Т. (сентябрь 2023 г.). «Гигантский атомный вихрь в графеновых бислоях с биаксиальной гетеронапряженностью». Advanced Materials . 35 (41): e2306312. arXiv : 2308.13230 . Bibcode :2023AdM....3506312M. doi : 10.1002/adma.202306312 . ISSN  0935-9648. PMID  37615204.
  10. ^ Энгельке, Ребекка; Ю, Хёбин; Карр, Стивен; Сюй, Кевин; Казо, Пол; Аллен, Ричард; Вальдивия, Андрес Миер; Ласкин, Митчелл; Каксирас, Эфтимиос; Ким, Минхён; Хан, Чон Хун; Ким, Филипп (16.07.2022). «Неабелевы топологические дефекты и отображение деформации в двумерных муаровых материалах». arXiv : 2207.05276 [cond-mat.mes-hall].
  11. ^ Арто, А.; Маго, Л.; Ле Куанг, Т.; Гиссе, В.; Дэвид, П.; Чапелье, К.; Коро, Дж. (2016). «Универсальная классификация скрученных, деформированных и срезанных графен-муаровых сверхрешеток». Научные отчеты . 6 (1): 25670. arXiv : 1605.07356 . Бибкод : 2016NatSR...625670A. дои : 10.1038/srep25670. ISSN  2045-2322. ПМЦ 4867435 . ПМИД  27181495. 
  12. ^ Керельский, Александр; Макгилли, Лео Дж.; Кеннес, Данте М.; Сянь, Леде; Янковиц, Мэтью; Чен, Шаовэнь; Ватанабэ, К.; Танигучи, Т.; Хон, Джеймс; Дин, Кори; Рубио, Энджел (2019). «Максимизированные электронные взаимодействия под магическим углом в скрученном двухслойном графене». Nature . 572 (7767): 95– 100. arXiv : 1812.08776 . Bibcode :2019Natur.572...95K. doi :10.1038/s41586-019-1431-9. ISSN  0028-0836. PMID  31367030. S2CID  199057045.
  13. ^ Ким, Кёнгхван; Янковиц, Мэтью; Фаллахазад, Бабак; Кан, Санву; Мовва, Хема CP; Хуан, Шэнцян; Ларентис, Стефано; Корбет, Крис М.; Танигучи, Такаши; Ватанабэ, Кенджи; Банерджи, Санджай К. (2016-03-09). «Гетероструктуры Ван-дер-Ваальса с высокоточным вращательным выравниванием». Nano Letters . 16 (3): 1989– 1995. Bibcode : 2016NanoL..16.1989K. doi : 10.1021/acs.nanolett.5b05263. ISSN  1530-6984. PMID  26859527.
  14. ^ Паркер, Дэниел Э.; Соеджима, Томохиро; Хаушильд, Йоханнес; Залетель, Майкл П.; Бултинк, Ник (2021-07-06). «Квантовые фазовые переходы, вызванные деформацией, в графене с магическим углом». Physical Review Letters . 127 (2): 027601. arXiv : 2012.09885 . Bibcode : 2021PhRvL.127b7601P. doi : 10.1103/PhysRevLett.127.027601. hdl : 1854/LU-01GQF91F1WRRP5WQDFR3XBHF2J. ISSN  0031-9007. OSTI  1821673. PMID  34296891. S2CID  229331622.
  15. ^ Накацудзи, Наото; Кошино, Микито (2022-06-14). "Эффект беспорядка муара в скрученном двухслойном графене". Physical Review B. 105 ( 24): 245408. arXiv : 2204.06177 . Bibcode : 2022PhRvB.105x5408N. doi : 10.1103/PhysRevB.105.245408. ISSN  2469-9950. S2CID  248157360.
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Heterostrain&oldid=1251372495"