Что такое гетеронапряжение?
Термин «гетеронапряжение» был введен в 2018 году в области материаловедения для обозначения различных ситуаций деформации в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса. Эти структуры состоят из двух или более двумерных материалов, которые укладываются друг на друга. В таких системах слои могут испытывать одинаковую деформацию, что называется гомострейном, или разные деформации, что и обозначается как гетерострейн. Гетеронапряжение может оказывать значительное влияние на электронные и оптические свойства полученной структуры, что делает его важным аспектом в области стрейнтроники. Эта поддисциплина занимается контролем свойств двумерных материалов с помощью деформации.
Управление гетерострейном
Недавние исследования показали, что гетерострейн можно управлять с помощью различных методов, включая механическую обработку образцов или использование наконечника атомно-силового микроскопа (АСМ). Это особенно актуально для скрученных гетероструктур, где управление деформацией может привести к изменению их свойств. Гетерострейн также может быть использован для настройки электронных характеристик структур Ван-дер-Ваальса, например, в скрученных слоях графена с двуосной гетерострейн.
Этимология и понятие гетерострейна
Этимология термина «гетерострейн» происходит от греческого префикса «гетеро-«, что означает «разный», и существительного «штамм», что указывает на то, что два слоя в структуре подвергаются различным нагрузкам. Это контрастирует с понятием гомодеформации, при которой оба слоя испытывают одинаковую деформацию. Некоторые исследователи также используют термин «относительный штамм» для обозначения гетерострейна.
Пример гетеронапряжения в графене
Чтобы лучше понять, как проявляется и измеряется гетеронапряжение, рассмотрим случай двух слоев графена. Хотя это описание можно обобщить на другие двумерные материалы, графен является наиболее распространенным примером. В природе два слоя графена обычно укладываются с небольшим сдвига, что создает муаровый узор. Этот узор сигнализирует о том, где атомные решетки двух слоев совпадают или, наоборот, расходятся. Форма муарового узора зависит от типа деформации, которая была применена к одному из слоев.
В общем случае слой может быть деформирован произвольной комбинацией различных типов гетеродеформации. Гетеростресс можно измерить с помощью сканирующего туннельного микроскопа, который позволяет получить изображения, показывающие как атомную решетку первого слоя, так и сверхрешетку муара. Сравнение атомной решетки с решеткой муара позволяет точно определить относительное расположение слоев, включая двуосную и одноосную гетеростресс, а также кручение. Этот метод не подвержен калибровочным артефактам, которые могут влиять на изображение обоих слоев, что делает его надежным для относительных измерений. В случае хорошо откалиброванного микроскопа и низкой двуосной гетеростресс можно определить кручение и одноосную гетеростресс, зная период муара во всех направлениях. Однако определение гомостресс является более сложной задачей и требует использования калибровочного образца.
Происхождение и влияние гетеронапряжения
Гетеронапряжение возникает в процессе создания стека двумерных материалов. Оно может быть следствием метастабильной конфигурации, возникающей во время сборки, или манипуляций с слоями в процессе разрыва и укладки. Исследования показывают, что гетеронапряжение широко распространено в скрученных слоях графена, особенно вблизи угла магического поворота, и является ключевым фактором, влияющим на ширину плоской зоны этих систем. Гетеронапряжение оказывает значительно большее влияние на электронные свойства, чем гомонапряжение, и объясняет часть изменчивости образцов, которая ранее вызывала затруднения у исследователей. В настоящее время научные исследования направлены на понимание влияния пространственных флуктуаций гетеронапряжения.
Применение гетеронапряжения
Гетеронапряжение имеет важное значение для разработки новых материалов и технологий. Например, в области электроники и фотоники, где свойства материалов могут быть изменены с помощью деформации, гетерострейн открывает новые горизонты для создания более эффективных и высокопроизводительных устройств. В частности, в таких областях, как солнечные элементы, светодиоды и тран
