Учёные создали чистые и масштабируемые «скрученные» 2D-материалы для квантовых устройств

Исследователи из Стэнфордского университета разработали новый метод создания так называемых муаровых сверхрешёток — структур из скрученных и наложенных друг на друга двумерных материалов. Этот подход позволяет получать образцы, которые в миллионы раз больше и чище, чем создаваемые традиционным «скотч-методом», открывая путь к практическому применению в квантовых устройствах.

Изображения муаровых структур, полученные с помощью пьезоэлектрического силового микроскопа. Автор: Journal of the American Chemical Society (2025). DOI: 10.1021/jacs.5c09131

Когда учёные складывают двумерные материалы (например, графен) и слегка «скручивают» верхний слой, возникают уникальные квантовые свойства, такие как сверхпроводимость. Эта область исследований получила название «твистроника». Однако создание таких структур было сложным, трудоёмким и малопроизводительным процессом.

Профессор химии Фан Лю и её команда предложили принципиально новую технику. Вместо липкой ленты они используют золото в качестве «суперклейкой» подложки, которая позволяет аккуратно отделять одноатомные слои материала, а затем с высокой точностью и чистотой собирать их в стопки с заданным углом скручивания.

«Этот метод позволяет снимать слои очень легко, с выходом, приближающимся к 100%», — заявила Фан Лю.

Получаемые образцы, оставаясь толщиной в несколько атомов, могут достигать размера в несколько сантиметров, что критически важно для создания реальных устройств.

Чтобы подтвердить уникальные электронные свойства новых сверхрешёток, команда сотрудничала с Национальной ускорительной лабораторией SLAC. С помощью метода фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (ARPES) и мощного рентгеновского излучения учёные впервые с высоким разрешением зафиксировали «электронный отпечаток» — так называемую «обратно сложенную энергетическую зону», которая играет ключевую роль в возникновении экзотических квантовых явлений.

«Это было идеальное совпадение характеристик нашего излучения и качества образца. Сочетание крупногабаритного высококачественного образца с высокопроизводительными измерениями на SSRL позволило нам достичь разрешения, которое подчеркнуло истинный прорыв в работе Фан», — отметил один из исследователей.

Новый метод был успешно опробован на различных материалах, включая дисульфид молибдена, что открывает перспективы для наноэлектроники, сенсоров и устройств хранения энергии. В дальнейшем команда планирует создать на основе этих сверхрешёток рабочие устройства и продолжить их изучение.