Вчені з США, Японії та Франції створили пристрій, що складається з графену та гексагонального нітриду бору, що знаходяться в контакті шарів. Шари можна повертати відносно один одного і завдяки цьому керувати електричними, оптичними і механічними властивостями утвореної гетероструктури, розповідають дослідники в.
У почесних матеріалах, таких як графен або гексагональний нітрид бора, присутні різні види зв'язків. У межах атомної площини атоми пов'язані між собою міцними ковалентними зв'язками, а між собою ці площини утримуються через ван-дер-ваальсові зв'язки. Такий тип зв'язку відносно слабкий, площини можна відокремлювати один від одного, а також зрушувати або повертати. Оскільки під час повороту взаємне розташування атомів площин змінюється, це призводить до зміни властивостей матеріалу, в тому числі електричних. Наприклад, завдяки повороту двох площин графена одна відносно одної дві групи вчених раніше змогли надати цьому матеріалу властивості напівпровідника і навіть надпровідника.
У новій роботі вчені під керівництвом Корі Діна (Cory Dean) з Колумбійського університету продовжили дослідження вплив взаємного розташування атомних площин почесних матеріалів на їх властивості, але використовували два різних матеріали. Обидва матеріали - графен і нітрид бора - мають гексагональну структуру, а періоди їх решіток відрізняються на 1,5 відсотка. Через це неспівпадіння при нульовому вугіллі повороту графена, що знаходяться поруч, і нітрида бору утворюють муарову надрешітку. Ця надрешітка змінює зонну структуру в шарі графена, причому ці зміни залежать від періоду надрешітки, який у свою чергу визначається кутом повороту атомних площин.
У попередніх роботах, в яких різні групи вчених досліджували вплив кута повороту між площинами на властивості графена, цей кут задавався один раз після складання шарів і його не можна було міняти. Вчені створили пристрій, що дозволяє змінювати кут повороту між шарами графена і нітрида бору на довільну величину з точністю 0,2 градуса. Основна частина пристрою складається з двох частинок багатошарового гексагонального нітриду бору, між якими розташований шар графена.
Спочатку на пластинкову частинку нітрида бору поміщається шар графена, з якого потім за допомогою плазми вирізається потрібна структура. Графен розміщується під таким кутом до нижнього шару нітриду бору, щоб період муарової надрешітки і її вплив на зонну структуру графена були мінімальними. Зверху на графен поміщається шестірня, попередньо вирізана їх пластовидної частинки нітриду бору. На останньому етапі на краю шару графена наносяться металеві контакти, через які вчені можуть вимірювати його властивості.
Завдяки тому, що тертя між графеном і нітридом бору низьке, шестерню можна зрушувати відносно шару графена. Для цього автори скористалися кантилевером атомно-силового мікроскопа, який впирається в зубець шестерні і повертає її.
Дослідники продемонстрували застосовність пристрою для вивчення властивостей графену на практиці, вимірявши опір графену, рівень відхилення кантилевера при зрушенні шестірні і встановивши пік раманівського розсіювання при різних кутах між графеном і шестірнею:
Нещодавно японські вчені створили апарат, який також може спростити дослідження властивостей гетероструктур з почесних матеріалів. Він може виявляти окремі одноатомні плівки і збирати їх у гетероструктури, утримувані силами Ван-дер-Ваальса. З його допомогою дослідники змогли зібрати гетероструктуру з 29 чергованих почесних шарів графена і гексагонального нітриду бору