国际团队报告了用于研究和调整原子级薄材料的强大工具

物理学家一直被由只有一层或几层原子厚的材料组成的系统所吸引。当几张这些二维材料堆叠在一起时，可以形成一种称为莫尔图案的几何图案。在这些所谓的莫尔系统中，可能会出现新的奇异现象，包括超导性和非常规磁性。

因此，更好地了解在每张薄片之间的界面上发生了什么会导致这些现象，可能会在新型电子产品等领域产生令人兴奋的应用。

现在，由麻省理工学院物理学家领导的国际科学家团队报告了一种强大的新工具，用于量化和控制莫尔系统中的关键参数。它涉及对波纹系统施加极压，同时让光线穿过它，然后使用拉曼光谱分析效果，这是一种常见的实验室技术。

对这项工作同样重要的是一个理论模型，它为理解实验数据提供了一个框架。

这项工作报告在NatureNanotechnology上。

“我们开发的用于探测这些莫尔系统的技术在方法上类似于蛋白质的X射线晶体学方法，使生物学家能够知道原子在蛋白质中的位置以及蛋白质将如何工作，”RiccardoComin说，麻省理工学院1947年职业发展助理教授。

该团队现在可以测量的参数，称为莫尔势，“将告诉我们在特定的二维材料堆叠中可以实现什么物理。它是我们预测所需的最重要的信息之一如果给定的材料是否会表现出任何奇异的物理现象，”同样隶属于麻省理工学院材料研究实验室的Comin继续说道。

同样重要的是，该技术还允许团队“调整”或控制莫尔条纹的潜力，从而有可能实现不同的奇异现象。

未参与这项工作的华盛顿大学物理学助理教授MatthewYankowitz说：“压力最近成为一种很有前途的技术，可以调整这些[莫尔]材料的特性，因为它直接改变了材料的强度。莫尔势。通过研究半导体莫尔双层在压力下的光学特性，该团队开启了一种探测和操纵莫尔超晶格效应的新方法。这项工作为我们进一步理解和控制强烈的现象奠定了基础半导体莫尔系统中出现的相关物质状态。”

NatureNanotechnology报道的这项工作是麻省理工学院、墨西哥国立自治大学(UNAM)和巴西三所联邦大学的研究人员合作的结果：米纳斯吉拉斯联邦大学(UFMG)、欧鲁普雷图联邦大学(UFOP),和UniversidadeFederalFluminense(UFF)。

极压、微小样品

该团队开发的用于对莫尔材料施加极压的实验装置，在这种情况下由两片超薄过渡金属二硫化物组成，包括在两个金刚石尖端之间压缩材料。设置和样本的尺寸非常小。例如，发生这种情况的腔室的直径类似于人类头发的宽度。“我们需要将我们的二维样本精确地放入其中，所以这有点棘手，”开发该装置的工作负责人马丁斯说。

这些尺寸是产生施加在样品上的极端压力所必需的，这类似于埃菲尔铁塔坐在一张一英寸见方的纸上所施加的压力。另一个类比：压力大约是我们周围空气压力的5万倍。

实验与理论

然后，该团队通过样品照射光线，并收集发出的光。“光在材料内部留下了一些能量，这种能量可以与不同的事物相关联，”马丁斯说。在这种情况下，该团队专注于振动形式的能量。“通过测量进出材料的光子[光粒子]能量之间的差异，我们可以探测材料中产生的振动能量，”他继续说道。

与这些振动相关的材料发出的光的强度反过来表明一个原子薄片中的电子与另一个原子薄片中的电子通信的强度。这些相互作用越强，奇异现象发生的可能性就越大。“波纹势基本上是二维层之间耦合的强度，”科明说。

Martins说：“通过将与这些振动相关的出射光强度的实验增强与我们的理论模型的计算进行比较，我们能够获得莫尔势的强度及其随压力的演变。”

由Ruiz-Tijerina开发的理论模型本身非常复杂。Comin说，“这是一个复杂的模型，因为它涉及原子，它涉及电子，它是一个所谓的大型超级细胞模型。这意味着你不只是模拟一个单一的量，比如一个带有电子的原子，而是一个它们的大集合。它真正地观察了原子的动力学，同时它们仍然与周围的电子相互作用。”

Ruiz-Tijerina总结说：“当实验显示出您的预测时，或者当您的模型能够实际重现实验测量的内容时，这种感觉是独一无二的。”