Термин heterostrain был предложен в 2018 году в контексте материаловедения для упрощения обозначения возможных ситуаций деформации в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса, где два (или более) двумерных материала укладываются друг на друга. Эти слои могут испытывать одинаковую деформацию (гомострейн) или разные деформации (гетеростейн). Помимо скручивания, гетерострейн может иметь важные последствия для электронных и оптических свойств полученной структуры. Таким образом, управление гетерострейнтом становится подобластью стрейнтроники, в которой свойства двумерных материалов контролируются деформацией. В недавних работах сообщалось о детерминированном управлении гетерострейнтом путем обработки образцов или с помощью наконечника АСМ, представляющего особый интерес для скрученных гетероструктур. Гетеростейн сам по себе (без скручивания) также был определен как параметр для настройки электронных свойств структур Ван-дер-Ваальса, например, в скрученных слоях графена с двуосной гетерострейнтом.
Этимология
Гетерострейн образован от греческого префикса гетеро- (разный) и существительного штамм. Это означает, что два слоя, составляющие структуру, подвергаются разным нагрузкам. Это контрастирует с гомодеформацией, при которой два слоя подвергаются одной и той же деформации. Некоторые авторы называют гетероштамм «относительным штаммом».
Проявление и измерение гетеродеформации
Для простоты рассматривается случай двух слоев графена. Описание может быть обобщено на случай различных 2D материалов, образующих гетероструктуру.
В природе два слоя графена обычно укладываются со сдвигом на половину элементарной ячейки. Эта конфигурация является наиболее энергетически выгодной и встречается в графите. Если один слой деформирован, а другой остается неповрежденным, возникает муаровый узор, сигнализирующий об областях, в которых атомные решетки двух слоев находятся в совмещении или нет. Форма муарового узора зависит от вида деформации.
В общем случае слой может быть деформирован произвольной комбинацией обоих типов гетеродеформации.
Гетеростресс можно измерить с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который обеспечивает изображения, показывающие как атомную решетку первого слоя, так и сверхрешетку муара. Соотнесение атомной решетки с решеткой муара позволяет полностью определить относительное расположение слоев (двуосную, одноосную гетеростресс и кручение). Метод невосприимчив к калибровочным артефактам, которые одинаково влияют на изображение двух слоев, что сводится на нет при относительном измерении. В качестве альтернативы, с хорошо откалиброванным микроскопом и если двуосная гетеростресс достаточно низкая, можно определить кручение и одноосную гетеростресс, зная период муара во всех направлениях. Напротив, гораздо сложнее определить гомостресс, что требует калибровочного образца.
Происхождение и влияние гетеродеформации
Гетеронапряжение генерируется во время изготовления стека 2D-материалов. Оно может быть результатом метастабильной конфигурации во время сборки снизу вверх или манипуляции слоями в технике разрыва и укладки. Было показано, что оно повсеместно встречается в скрученных слоях графена вблизи угла магического поворота и является основным фактором ширины плоской зоны этих систем. Гетеронапряжение оказывает гораздо большее влияние на электронные свойства, чем гомонапряжение. Оно объясняет часть изменчивости образца, которая ранее была озадачивающей. В настоящее время исследования движутся к пониманию влияния пространственных флуктуаций гетеронапряжения.