Человеческий разум естественным образом тянется к объектам, обладающим симметрией; на самом деле понятие красоты часто ассоциируется с симметрией. В природе нет ничего лучше симметрии, чем кристаллы.
С момента своего открытия кристаллы привлекли большое внимание не только своей уникальной «симметричной» эстетической привлекательностью, но и своими уникальными свойствами. Одно из этих свойств – поведение электронов внутри кристалла.
С физической точки зрения электрон внутри кристалла может быть полностью охарактеризован его энергией и величиной, называемой «импульс кристалла», которая относится к тому, насколько быстро электрон движется в кристалле. Связь между энергией и импульсом электронов в кристалле – это то, что ученые называют «зонной структурой», что, проще говоря, является допустимыми уровнями энергии для электронов внутри кристалла.
В последнее время материаловеды обратили свое внимание на так называемые «материалы с плоскими зонами» – класс материалов, обладающих зонной структурой, в которой энергия не изменяется в зависимости от импульса кристалла и, следовательно, напоминает плоскую линию, когда строится как функция от импульс кристалла – из-за их способности вызывать экзотические состояния материи, такие как ферромагнетизм (железоподобный спонтанный магнетизм) и сверхпроводимость (нулевое сопротивление потоку электричества). Как правило, эти «плоские полосы» наблюдаются в специальных 2D-структурах, которые известны под названиями, например, «решетка шахматной доски», «решетка игральных костей», «решетка кагоме» и т. Д. и обычно наблюдаются либо внутри кристалла, либо на поверхности слоистых материалов.
Возникает уместный вопрос – можно ли встроить такие решетки в совершенно новые 2D-структуры?? Усилия по разработке 2D-материалов были сосредоточены на ответе на этот вопрос, и недавние открытия показывают, что ответ – «да»."
Теперь, в исследовании, опубликованном в Physical Review B как Rapid Communication, международная группа ученых из Японского передового института науки и технологий (JAIST), Токийского университета, Японского агентства по атомной энергии и Института молекулярных наук в Япония и Тамканский университет на Тайване под руководством д-ра.
Антуан Флёренс и профессор. Юкико Ямада-Такамура сообщил о возможном новом материале с плоской полосой, полученном из атомов германия (Ge), образующих двумерную «битреугольную» решетку на тонких пленках диборида циркония, выращенных на монокристаллах германия. Хотя команда уже вырастила этот 2D-материал много лет назад, они только недавно смогли раскрыть его структуру.
В прошлом году часть команды опубликовала теоретическую статью в том же журнале, в которой подчеркивались условия, при которых двумерная «битреугольная» решетка может образовывать плоскую полосу. Они обнаружили, что это связано с решеткой «кагоме» (что на японском означает узор из плетеных корзин) – термин, первоначально введенный японскими физиками в 50-х годах для изучения магнетизма. «Я был очень взволнован, когда узнал, что электронная структура решетки кагоме может быть встроена в совершенно иную двумерную структуру», – вспоминает проф. Чи-Ченг Ли, физик из Тамканского университета, Тайвань, участвовавший в исследовании, предсказал наличие плоских полос в «битреугольной» решетке.
Прогноз был окончательно подтвержден после того, как команда в своем текущем исследовании охарактеризовала подготовленный 2D-материал с использованием различных методов, таких как сканирующая туннельная микроскопия, позитронная дифракция, а также фотоэлектронная эмиссия на уровне ядра и с угловым разрешением; и подкрепил экспериментальные данные теоретическими расчетами, чтобы выявить лежащую в основе "битреугольную" решетку.
«Результат действительно захватывающий, поскольку он показывает, что плоские полосы могут возникать даже из тривиальных структур и, возможно, могут быть реализованы во многих других материалах.
Наш следующий шаг – посмотреть, что происходит при низкой температуре и как это связано с плоскими полосами битреугольной решетки Ge », – говорит доктор. Флёренс, который также является первым автором этой статьи.
В самом деле, кто бы мог подумать, что типичный, заурядный полупроводник, такой как германий, может предложить такие экзотические и беспрецедентные возможности? У 2D-мира может быть больше сюрпризов, чем мы думаем.