Когда два сетчатых экрана или ткани накладываются друг на друга со смещением, в результате интерференции, вызванной несовпадением решёток, возникают муаровые узоры. В повседневной жизни эти узоры обычно воспринимаются как оптические иллюзии, но их значение распространяется и на наномасштаб, например, в таких материалах, как графен, где они могут существенно влиять на электронные свойства.
Это явление открывает новые возможности для достижений в таких областях, как сверхпроводимость и квантовые эффекты. Традиционно контроль над масштабами длины муаровых узоров был сложной задачей из-за фиксированной природы атомных структур, что ограничивало возможность точной настройки электронных свойств.
Исследовательская группа под руководством профессора Вонёна Чоэ из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST), Южная Корея, впервые продемонстрировала возможность точного контроля над муаровыми периодами путём наложения слоёв металлоорганических каркасов (MOF) — кристаллических материалов, состоящих из металлических кластеров, связанных органическими молекулами.
Статья опубликована сегодня в Nature Communications. В этом исследовании представлена химически программируемая платформа для создания муаровых систем с индивидуальными масштабами длины, что открывает новые возможности в области твистронных технологий, фотоники и квантовой информатики.
Изменяя длину органических линкеров в двумерных (2D) MOF на основе циркония и накладывая эти слои под различными углами поворота, команда достигла точной модуляции периодичности муаровых узоров, определяемой длиной лигандов. Моделирование молекулярной динамики, проведённое командой профессора Джихана Кима из Корейского передового института науки и технологий (KAIST), подтвердило энергетическую стабильность бислойных MOF и определило предпочтительные конфигурации наложения, соответствующие экспериментальным наблюдениям.
Особенно примечательным результатом стало появление додекагональных квазипериодических узоров под углом поворота в 30°, демонстрирующих 12-кратную вращательную симметрию. Визуализированные с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (TEM) и смоделированные с помощью мозаики Штамфли, эти сложные узоры являются квазипериодическими по своей природе и могут тонко влиять на поведение электронов.
Джиён Ким, постдокторант и первый автор, отметила: «Квазипериодические узоры без повторяющихся элементов могут вносить тонкие модуляции в поведение электронов. Это открывает новые возможности для точной настройки электронных и оптических свойств муаровых материалов».
Профессор Вонён Чоэ подчеркнул: «MOF служат настраиваемыми молекулярными каркасами — эффективным «регулятором» для регулировки межплоскостного расстояния — и эта платформа ускорит разработку твистронных и квантовых устройств следующего поколения».
Предоставлено Национальным институтом науки и технологий Ульсана.