Wetenschap
  • Startpagina
  • Technologie
    • All
    • Auto
    • Computer en smartphone
    • Kunstmatige intelligentie
    • Nanotechnologie
    • Nieuwe technologie

    Vooruitgang in ‘optische pincetten’ om biomedisch onderzoek te stimuleren

    De CEO van Stellantis zegt dat de op vier na grootste autofabrikant disruptief is

    Contactlenzen die kleurenblindheid corrigeren

    Waarom uw slimme huis een Wi-Fi 6-router nodig heeft Samsung Galaxy Watch 3 verliest de functie ‘Locatie ophalen’, wint SmartThings Zoek PlayStation Store om te stoppen met het verkopen en verhuren van video’s op 31 augustus We weten niet zeker wie een opvouwbare tv van $ 400.000 nodig heeft, maar hier Het is de nieuwe FPV-drone van DJI waarmee je kunt besturen met een vluchtzichtbril De Skullcandy Indy Fuel-oordopjes slaan boven hun prijskaartje van $ 100. Google belooft te voorkomen dat andere bedrijven je volgen via internet

    Alles komt naar Netflix in de week van 1 maart 2021 Welke gelei geven de meeste Amerikanen de voorkeur op hun PB&J? Maak je huis groener met deze 7 raambakken Vakantie 2020: 12 cadeaus voor iemand die dol is op hun hond Je favoriete brunchvoedsel komt naar Dunkin ‘Adopteer dit jaar een dier ter ere van Wereldwilddag Hoe lang leven er verschillende ziektekiemen op alle oppervlakken Je raakt aan?

    • Auto
    • Computer en smartphone
    • Nanotechnologie
    • Kunstmatige intelligentie
    • Nieuwe technologie
  • Fysica
    • Kwantummechanica
    • Deeltjesfysica
  • Gezondheid
    • All
    • Ziekten en behandeling

    Inzicht in de symptomen van longkanker bij vrouwen

    Werkt immunotherapie voor longkanker?

    Nano-hoortoestellen: beoordeling 2021

    Wat is het verband tussen chronische netelroos en de schildklier?

    Kunt u trainen na een staaroperatie?

    • Ziekten en behandeling
  • Biologie
    • All
    • Dieren
    • Genetica
    • Neurowetenschappen
    • Paleontologie
    • Planten

    Deze zachte robot is bestand tegen verpletterende drukken op de grootste diepten van de oceaan

    DNA databases are too white, so genetics doesn’t help everyone. How do we fix that?

    Een oud hondenfossiel helpt het pad van de mens naar Amerika te traceren

    Een enkele mannelijke liervogel kan het geluid van een hele kudde nabootsen

    Het oudste dierlijke DNA dat ooit is teruggevonden, onthult de evolutie van mammoeten

    • Dieren
    • Planten
    • Paleontologie
    • Genetica
    • Neurowetenschappen
  • Chemie
    • All
    • Organische chemie

    Zink-luchtbatterijen zijn doorgaans voor eenmalig gebruik. Een nieuw ontwerp zou dat kunnen veranderen

    Onderkoeld water is gevangen tussen twee vormen

    Een nieuw draagbaar apparaat kan de hitte van een chilipeper onthullen

    Het verwarmen van deltamethrin kan helpen bij het doden van muggen die resistent zijn tegen pesticiden

    Methanolbrandstof geeft deze kleine keverbot de vrijheid om te zwerven

    • Organische chemie
  • Aarde
    • All
    • Ecosystemen
    • Klimaat
    • Oceanen

    Door de klimaatverandering konden sommige dinosauriërs naar Groenland migreren

    Een daling van de CFC-uitstoot zet het gat in de ozonlaag weer op het goede spoor om te sluiten

    Drie dingen die u moet weten over de rampzalige overstroming in India

    Uitlaatonderzoeken van schepen overschatten de koeling door door vervuiling veranderde wolken

    Hoeveel zal Afrika profiteren van goedkope hernieuwbare energie naarmate het elektriciteitsnet groeit?

    • Klimaat
    • Ecosystemen
    • Oceanen
  • Ruimte
    • All
    • Astronomie
    • Ruimtevaart

    Black hole visionairs verleggen de grenzen van kennis in een nieuwe film

    Tekenen van een verborgen planeet Negen in het zonnestelsel houden mogelijk niet stand

    Bekijk een echte video van de landing op Mars van Perseverance

    Het eerste zwarte gat dat ooit is ontdekt, is groter dan eerder werd gedacht

    Hier leest u hoe u NASA’s Perseverance-lander op Mars kunt zien landen

    • Astronomie
    • Ruimtevaart
No Result
View All Result
Wetenschap
  • Startpagina
  • Technologie
    • All
    • Auto
    • Computer en smartphone
    • Kunstmatige intelligentie
    • Nanotechnologie
    • Nieuwe technologie

    Vooruitgang in ‘optische pincetten’ om biomedisch onderzoek te stimuleren

    De CEO van Stellantis zegt dat de op vier na grootste autofabrikant disruptief is

    Contactlenzen die kleurenblindheid corrigeren

    Waarom uw slimme huis een Wi-Fi 6-router nodig heeft Samsung Galaxy Watch 3 verliest de functie ‘Locatie ophalen’, wint SmartThings Zoek PlayStation Store om te stoppen met het verkopen en verhuren van video’s op 31 augustus We weten niet zeker wie een opvouwbare tv van $ 400.000 nodig heeft, maar hier Het is de nieuwe FPV-drone van DJI waarmee je kunt besturen met een vluchtzichtbril De Skullcandy Indy Fuel-oordopjes slaan boven hun prijskaartje van $ 100. Google belooft te voorkomen dat andere bedrijven je volgen via internet

    Alles komt naar Netflix in de week van 1 maart 2021 Welke gelei geven de meeste Amerikanen de voorkeur op hun PB&J? Maak je huis groener met deze 7 raambakken Vakantie 2020: 12 cadeaus voor iemand die dol is op hun hond Je favoriete brunchvoedsel komt naar Dunkin ‘Adopteer dit jaar een dier ter ere van Wereldwilddag Hoe lang leven er verschillende ziektekiemen op alle oppervlakken Je raakt aan?

    • Auto
    • Computer en smartphone
    • Nanotechnologie
    • Kunstmatige intelligentie
    • Nieuwe technologie
  • Fysica
    • Kwantummechanica
    • Deeltjesfysica
  • Gezondheid
    • All
    • Ziekten en behandeling

    Inzicht in de symptomen van longkanker bij vrouwen

    Werkt immunotherapie voor longkanker?

    Nano-hoortoestellen: beoordeling 2021

    Wat is het verband tussen chronische netelroos en de schildklier?

    Kunt u trainen na een staaroperatie?

    • Ziekten en behandeling
  • Biologie
    • All
    • Dieren
    • Genetica
    • Neurowetenschappen
    • Paleontologie
    • Planten

    Deze zachte robot is bestand tegen verpletterende drukken op de grootste diepten van de oceaan

    DNA databases are too white, so genetics doesn’t help everyone. How do we fix that?

    Een oud hondenfossiel helpt het pad van de mens naar Amerika te traceren

    Een enkele mannelijke liervogel kan het geluid van een hele kudde nabootsen

    Het oudste dierlijke DNA dat ooit is teruggevonden, onthult de evolutie van mammoeten

    • Dieren
    • Planten
    • Paleontologie
    • Genetica
    • Neurowetenschappen
  • Chemie
    • All
    • Organische chemie

    Zink-luchtbatterijen zijn doorgaans voor eenmalig gebruik. Een nieuw ontwerp zou dat kunnen veranderen

    Onderkoeld water is gevangen tussen twee vormen

    Een nieuw draagbaar apparaat kan de hitte van een chilipeper onthullen

    Het verwarmen van deltamethrin kan helpen bij het doden van muggen die resistent zijn tegen pesticiden

    Methanolbrandstof geeft deze kleine keverbot de vrijheid om te zwerven

    • Organische chemie
  • Aarde
    • All
    • Ecosystemen
    • Klimaat
    • Oceanen

    Door de klimaatverandering konden sommige dinosauriërs naar Groenland migreren

    Een daling van de CFC-uitstoot zet het gat in de ozonlaag weer op het goede spoor om te sluiten

    Drie dingen die u moet weten over de rampzalige overstroming in India

    Uitlaatonderzoeken van schepen overschatten de koeling door door vervuiling veranderde wolken

    Hoeveel zal Afrika profiteren van goedkope hernieuwbare energie naarmate het elektriciteitsnet groeit?

    • Klimaat
    • Ecosystemen
    • Oceanen
  • Ruimte
    • All
    • Astronomie
    • Ruimtevaart

    Black hole visionairs verleggen de grenzen van kennis in een nieuwe film

    Tekenen van een verborgen planeet Negen in het zonnestelsel houden mogelijk niet stand

    Bekijk een echte video van de landing op Mars van Perseverance

    Het eerste zwarte gat dat ooit is ontdekt, is groter dan eerder werd gedacht

    Hier leest u hoe u NASA’s Perseverance-lander op Mars kunt zien landen

    • Astronomie
    • Ruimtevaart
No Result
View All Result
Wetenschap
No Result
View All Result
Home Technologie Nanotechnologie

Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene

by Joris Vennebrugge
22 January 2021
in Nanotechnologie
0
Share on FacebookShare on Twitter
Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene
(A) Experimental setup for measurement in the frequency domain. PD, photodetector; DC, d.c. voltage source; bias-T, bias tee; VNA, vector network analyzer. (B) Experimental setup for measurement in the temporal domain. SG, signal generator; OS, oscilloscope. Credit: Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abe1398

Edge states are an emerging concept in physics and have been explored as an efficient strategy to manipulate electrons, photons and phonons for next-generation hybrid electro-optomechanical circuits. Scientists have used gapless chiral edge states in graphene or graphene-like materials to understand exotic quantum phenomena such as quantum spin or valley Hall effects. In a new report now published on Science Advances, Xiang Xi and colleagues reported on experimental chiral edge states in gapped nanomechanical graphene; a honeycomb lattice of free-standing silicon nitride nanomechanical membranes with broken spatial inversion symmetry (presence of a dipole). The constructs were immune against backscattering in sharp bends and exhibited the valley-momentum locking effect. The team realized a smooth transition between the chiral edge states and the well-known valley kink states to open the door for experimental investigations of soft graphene-related physics in very-high-frequency, integrated nanomechanical systems.

Developing nanomechanical graphene

The presence of chiral edge states at the boundary of two-dimensional (2-D) materials is an intriguing phenomenon in condensed matter physics. Well-known examples include quantum Hall (QH) or quantum spin Hall effects (QSH), where the chiral edge states act as gapless backscattering immune-conducting channels even with insulating interiors. Graphene is an ideal 2-D material that has attracted extensive interests since its first experimental realization. Zigzag-terminated graphene can support a flat-band edge state at its boundary leading to a variety of phenomena including magnetism and superconductivity. The chiral edge states in graphene can be observed experimentally due to the quantum Hall effect with an external magnetic field, although it is also possible to harness the quantum spin Hall effect without an external magnetic field. However, the weak spin-orbit interaction had made the experimental realization of in graphene chiral edge states an outstanding challenge. Researchers had previously proposed the quantum valley Hall effect (QVH) as an alternative strategy to realize chiral edge states in graphene. In this work, Xi et al. experimentally realized the quantum valley chiral edge states by constructing a gapped nanomechanical graphene 2-D honeycomb lattice of free-standing silicon nitride nanomechanical membranes functioning at a very high band frequency regime. The team tuned the conventional gapped flat-band graphene edge states to gapless chiral states to develop a nanomechanical system that can generate graphene-related physics with electrical tunability and strong nonlinearity.

Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene
Nanomechanical graphene with a zigzag edge. (A) Schematic illustration of graphene honeycomb lattice with a zigzag edge at the bottom boundary. The unit cell of the honeycomb lattice is denoted by the black dashed rhombus. Each unit cell contains two sublattices denoted by the red and blue dots. (B) Optical microscope image of the fabricated 2D nanomechanical graphene. The regions marked in dark are the unsuspended silicon nitride thin film supported by substrate. The suspended membranes marked in red and blue colors form a graphene honeycomb lattice with basis vectors a1 and a2 (|a1| = |a2| = 9 μm). The suspended regions marked in orange are the outmost membranes at the graphene zigzag edge. The inset shows the first Brillouin zone. (C and D) Zoomed-in optical microscope images of the gapped nanomechanical graphene in the bulk region (C) and at the zigzag edge (D). The black dots are the etched holes in the silicon nitride layer for releasing the silicon nitride membranes from the substrate. (E and F) Simulated energy band diagrams of the structure in (B). (G and H) Simulated modal profiles of the edge states at points g and h in (F). a.u., arbitrary units. Credit: Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abe1398

Controlling the nanomechanical graphene edge states by the boundary potential

The generic graphene lattice used in this work contained a zigzag edge and a nanomechanical honeycomb lattice architecture. The team experimentally realized the gapped nanomechanical graphene to observe chiral edge states with quantum valley Hall effects (QVH). For this, they constructed a 2-D array of silicon nitride membranes in a honeycomb lattice. They first fabricated materials on a silicon-nitride-on-insulator wafer by etching small holes in the silicon nitride layer and ultimately found the bulk region of the nanomechanical graphene to exhibit the expected QVH effects with nontrivial valley Chern numbers (Chern numbers can provide information about the wavefunction). Ge et al. then developed extensive theoretical analyses to form the basis to experimentally realize chiral edge states in nanomechanical graphene. The energy response of the edge states differed with the boundary potential to provide an intuitive explanation to control the dispersion of the energy states within the architecture.

The team showed the experimental controllability by tuning the on-site potential at the zig-zag edges of the gapped nanomechanical graphene. During the process, they triggered the flexural motions of the membranes electrocapacitively by using a combination of constant voltage Vdc and alternating voltage Vac, applied to the excitation electrode and measured optically with a homebuilt Michelson interferometer functioning at an optical wavelength of 1570 nm. They phase-locked the detecting beam and the reference beam in the interferometer by using a kilohertz proportional-integral-derivative controller. They then used a vector network analyser to detect the frequency response of the devices and measured the signals from the photodetector using an oscilloscope synchronized with the signal detector. During the experiments, they focused on the graphene edge states and their transition to chiral edge states and characterized the chiral edge states along a closed-loop, triangle-shaped boundary.

Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene
Nanomechanical graphene edge states controlled by the boundary potential. (A) Optical microscope image of the gapped nanomechanical graphene with a zigzag edge. The bulk structural parameter δb is fixed at 200 nm. (B and C) Simulated real and imaginary parts of the complex elastic displacement field W of the graphene edge states at the points b (kx = −2π/3) and c (kx = 2π/3) in (F). (D to H) Simulated (top) and measured (bottom) energy band diagrams of the structure in (A) with δe = 0, 250, 545, and 750 nm, and 1 μm. The dispersion curves of the edge states bend downward as δe increases. The measured band diagrams were obtained by recording the real-space distribution of elastic waves along the white arrow in (A) and then performing Fourier transform to project the signal to the momentum space. Credit: Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abe1398

Gapless edge states and valley kink states

Xi et al. next experimentally imaged the spatiotemporal profiles of the elastic waves driven by a pulse-modulated Vac signal in the setup with a carrier frequency of 64.65 MHz, a pulse width of 1 µs and a pulse repetition rate of 1 KHz and found the gapless edge states to exhibit chiral propagation. Most importantly, the gapless edge states propagated smoothly through sharp bends without backscatter. Similar gapless valley-dependent chiral modes could also exist at the topological domain walls of the device between two graphene regions with opposite valley Chern numbers, referred to as valley kink states. Such states were previously demonstrated in bulk acoustic and mechanical systems alone, and not in nanomechanics. Xi et al. then experimentally showed the nanomechanical valley kink states and smooth transitions between the chiral edge states and valley kink states.

Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene
Experimental demonstration of the nanomechanical chiral edge states propagating through sharp bends without backscatter. Credit: Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abe1398

They explored the valley kink states and their similarity to chiral edge states by designing and fabricating another device with gapped nanomechanical graphene and experimentally imaged the space-time profiles of the elastic waves in the setup. The setup contained a pulse-modulated Vac signal with a carrier frequency of 60.53 MHz, a pulse width of 1.5 µs and a pulse repetition rate of 1 KHz. The elastic waves in the chiral edge states then smoothly transformed into the valley kink states and propagated along the domain walls of the device and transformed back into the chiral edge states without undergoing undesired backscattering.

Observing chiral edge states in gapped nanomechanical graphene
Smooth transition between the nanomechanical chiral edge states and valley kink states without undergoing backscatter. Credit: Science Advances, doi:10.1126/sciadv.abe1398

Outlook for nanomechanics

In this way, Xiang Xi and colleagues introduced the concept of graphene and the quantum valley Hall (QVH) chiral-edge states by accurately controlling the boundary potentials of the graphene lattice. The researchers confirmed the states to be topologically immune against sharp bends while exhibiting valley-momentum locking, much like quantum spin Hall (QSH) systems. Xi et al. realized smooth transition between chiral edges states and well-known valley kink states. The chiral edge states also demonstrated a smaller footprint, demonstrating the capacity to enable more compact topological circuits in practice. The results provide a new strategy to construct a variety of integrated nanomechanical circuits functioning at very-high-frequency regimes including unidirectional waveguides and topologically protected high-quality cavities. The work will open new doors to explore nonlinear phononics in graphene-like systems including graphene-edge solitons , amplifiers and lasers.


More information:
Xi X. et al. Observation of chiral edge states in gapped nanomechanical graphene, Science Advances, DOI: 10.1126/sciadv.abe1398

Hatsugai Y. Chern number and edge states in the integer quantum Hall effect. Physical Review Letters, doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.3697

Geim A. K. et al. The rise of graphene. Nature Materials, doi.org/10.1038/nmat1849

Journal information:
Nature Materials
,
Physical Review Letters
,
Science Advances

Tags: chiralEdgegappedgraphenenanomechanicalObservingstates
Advertisement Banner
Next Post

9 voedingsmiddelen en dranken die vlekken op uw tanden kunnen veroorzaken

Crohn's en uw rechten: valt Crohn onder de Americans with Disabilities Act?

Hoe u op een gezonde manier vingervet kunt verliezen

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Recent News

Vooruitgang in ‘optische pincetten’ om biomedisch onderzoek te stimuleren

4 March 2021

Deze zachte robot is bestand tegen verpletterende drukken op de grootste diepten van de oceaan

4 March 2021

Category

  • Astronomie
  • Auto
  • Computer en smartphone
  • Dieren
  • Ecosystemen
  • Genetica
  • Klimaat
  • Kunstmatige intelligentie
  • Nanotechnologie
  • Neurowetenschappen
  • Nieuwe technologie
  • Oceanen
  • Organische chemie
  • Paleontologie
  • Planten
  • Ruimtevaart
  • Ziekten en behandeling

Site Link

  • Log in
  • Entries feed
  • Comments feed
  • WordPress.org

About Us

We bring you the best Premium WordPress Themes that perfect for news, magazine, personal blog, etc. Check our landing page for details.
No Result
View All Result
  • Startpagina
  • Technologie
    • Auto
    • Computer en smartphone
    • Nanotechnologie
    • Kunstmatige intelligentie
    • Nieuwe technologie
  • Fysica
    • Kwantummechanica
    • Deeltjesfysica
  • Gezondheid
    • Ziekten en behandeling
  • Biologie
    • Dieren
    • Planten
    • Paleontologie
    • Genetica
    • Neurowetenschappen
  • Chemie
    • Organische chemie
  • Aarde
    • Klimaat
    • Ecosystemen
    • Oceanen
  • Ruimte
    • Astronomie
    • Ruimtevaart

© 2017 JNews - Premium WordPress news & magazine theme by Jegtheme.