2D-materialen met ’twist’ vertonen onverwacht elektronisch gedrag dat theoretische voorspellingen tart

In de zoektocht naar nieuwe materialen die efficiëntere elektronica mogelijk kunnen maken, onderzoeken wetenschappers zogenaamde 2D-materialen. Dit zijn plaatjes van slechts één atoom dik, die allerlei interessante elektronische eigenschappen kunnen hebben. Als twee platen onder bepaalde hoeken op elkaar worden geplaatst, kan dit leiden tot nieuwe eigenschappen zoals supergeleiding. Materiaalwetenschapper Antonija Grubišić-Čabo en haar collega’s van de Rijksuniversiteit Groningen bestudeerden zo’n ‘verdraaid’ materiaal en ontdekten dat het theoretische voorspellingen tartte.

Het werk is gepubliceerd in het journaal Fysieke beoordelingsmaterialen.

Samen met collega’s uit Polen, Duitsland, Frankrijk en Italië bestudeerden Grubišić-Čabo en haar team vellen van een 2D-materiaal genaamd wolfraamdisulfide. Volgens theoretische voorspellingen zouden de elektronen in het materiaal collectief gedrag moeten vertonen als twee lagen (een zogenaamde dubbellaag) worden gestapeld onder een hoek van 4,4 graden.

‘En als ze zo nauw met elkaar verbonden zijn, kan hun collectieve gedrag nieuwe, fascinerende effecten creëren’, zegt Giovanna Feraco, eerste auteur van het onderzoek.

Dit collectieve gedrag zag ze echter niet in experimenten, wat verklaard kan worden door de interacties tussen atomen in de dubbellaag. De twist maakt normaal gesproken deze interacties mogelijk.

‘Maar door de elektronische structuur in de dubbellaag te bestuderen, ontdekten we dat dit materiaal de neiging heeft zich te ‘ontspannen’ in grote, niet-getwiste gebieden’, legt Feraco uit. In technische termen keert de gedraaide dubbellaag gedeeltelijk terug naar een niet-getwiste configuratie met lagere energie.

Deze bevinding benadrukt het belang van het begrijpen hoe de twee lagen van de dubbellaag verschillende gebieden vormen met verschillende eigenschappen. De studie heeft ook het vermogen van wetenschappers vergroot om het gedrag van 2D-structuren te voorspellen en te manipuleren, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor toekomstige toepassingen in verschillende soorten elektronica.