小さなスパイラルが大きな影響を与える可能性がある

この微細なねじれスパイラルは、ナノ粒子を下に滑り込ませることでわずかに湾曲した基板上に 2D 材料のシートを堆積することによって「成長」しました。

これを作成した化学者によれば、それは興味深い、調整可能な超伝導特性を示し、ツイストロニクスの興味深い世界における重要な発展となっているという。

「これは 2D 材料研究の現在の最前線です」と、米国ウィスコンシン大学マディソン校の Song Jin 氏は言います。 「ここ数年、科学者たちは、原子層間に小さなねじれ（通常は数度）を加えると、型破りな超伝導などの非常に興味深い物理的特性が生み出されることに気づきました。」

Science 誌に掲載された論文の中で、Jin らは、わずか原子 1 個の厚さの材料のねじれた微細な螺旋の成長を制御し、連続的にねじれた材料のスタックを構築する方法を説明しています。

筆頭著者の Yuzhou Zhao 氏によれば、標準的な手法は、2 枚の薄い材料のシートを機械的に積み重ね、それらの間のねじれ角度を手動で制御することです。 しかし、これらの 2D マテリアルを直接成長させる場合、レイヤー間の相互作用が非常に弱いため、角度を制御することができません。

別の方法は、平面、直線、直角を含むユークリッド幾何学の世界の外に目を向け、曲線について考えることだとジン氏は言います。

彼のチームは、らせん転位と呼ばれる結晶成長の不完全性を利用して、らせんをねじりました。 2D 材料では、スタック全体のすべての層が接続された状態で駐車ランプのように螺旋を描き、各層の方向を揃える際に、転位によって後続の構造層がステップアップされます。

非ユークリッド螺旋構造を成長させ、螺旋をねじらせるために、研究者らは螺旋が成長する基礎を変更しました。

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Zhao氏は、結晶を平面上で成長させる代わりに、酸化ケイ素の粒子のようなナノ粒子をらせんの中心の下に配置した。 成長プロセス中に、粒子は平らな表面を破壊し、2D 結晶が成長するための湾曲した基盤を作成します。

彼らが発見したのは、各層のエッジが前の層と平行にある整列した螺旋の代わりに、2D 結晶は、ある層から次の層へと予測どおりにねじれる、連続的にねじれた多層螺旋を形成しているということだという。

層間のねじれの角度は、平らな (ユークリッド) 2D 結晶とその上に成長する湾曲した (非ユークリッド) 表面の間の不一致から生じます。

次に、Zhao 氏は、曲面の幾何学的形状に基づいて、らせんのねじれ角度を予測するための単純な数学モデルを開発しました。彼のモデル化されたらせん形状は、成長した構造とよく一致しました。

この螺旋を電子顕微鏡で検査すると、隣接するねじれた層の原子が、モアレパターンと呼ばれる予想通りの重なり合う干渉パターンを形成していることが画像からわかりました。

「数学に基づいた合理的なモデルに従って、各層間のねじれ角を制御できるこれらの 2D 層のスタックを作成できるようになりました。それらは連続的です」と Zhao 氏は提案します。

元々は小さなスパイラルが大きな影響を与える可能性があるとしてコスモスによって出版されました

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