Aangepaste moirépatronen bereikt met behulp van gestapelde metaal-organische raamwerklagen

Wanneer twee mesh -schermen of stoffen worden overlapt met een lichte offset, ontstaan moirépatronen als gevolg van interferentie veroorzaakt door de verkeerde uitlijning van de rasters. Hoewel deze patronen algemeen worden erkend als optische illusies in het dagelijks leven, strekt hun betekenis zich uit tot het nanoschaal, zoals in materialen zoals grafeen, waar ze de elektronische eigenschappen diepgaand kunnen beïnvloeden.

Dit fenomeen opent nieuwe wegen voor vooruitgang op gebieden zoals supergeleiding en kwantumeffecten. Traditioneel is het besturen van de lengteschalen van Moiré-patronen een uitdaging vanwege de vaste aard van atomaire structuren, die het vermogen beperkt om elektronische eigenschappen te verfijnen.

Een onderzoeksteam, geleid door professor Wonyoung Choe bij Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Zuid-Korea, heeft voor het eerst de mogelijkheid aangetoond om precies te controleren over Moiré-periodes door metaal-organische frameworks (MOFS) -lagen-kristallijne materialen samengesteld uit metaalclusters gekoppeld.

Gepubliceerd vandaag in Natuurcommunicatiedeze studie introduceert een chemisch programmeerbaar platform voor engineering moiré -systemen met aangepaste lengteschalen, het openen van nieuwe wegen in het veld van twistronics, fotonica en kwantuminformatiewetenschap.

Door de lengte van organische linkers in tweedimensionale (2D) MOF’s op basis van zirkonium te variëren en deze lagen te stapelen op een bereik van draaihoeken, bereikte het team precieze modulatie van moiré-periodiciteit gedicteerd door ligandlengtes. Molecular Dynamics -simulaties van het team van professor Jihan Kim in het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST) bevestigden de energetische stabiliteit van de Bilayer MOF’s en identificeerde voorkeursstapelconfiguraties, in lijn met experimentele observaties.

Een bijzonder opmerkelijke bevinding was de opkomst van dodecagonale quasiperiodische patronen bij een draaihoek van 30 °-die 12-voudige rotatiesymmetrie verbieden. Visualiseerd via transmissie-elektronenmicroscopie met hoge resolutie (TEM) en gemodelleerd door Stampfli-betegeling, zijn deze complexe patronen quasiperiodisch van aard en kunnen het elektronengedrag subtiel beïnvloeden.

Jiyeon Kim, een postdoctorale kerel en eerste auteur, merkte op: “Quasiperiodische patronen zonder herhaling van eenheden kunnen subtiele modulaties in elektronengedrag introduceren. Dit opent nieuwe wegen voor het precies afstemmen van de elektronische en optische eigenschappen van moiré -materialen.”

Professor Wonyoung Choe benadrukte: “MOF’s dienen als instelbare moleculaire frameworks-een effectieve ‘wijzerplaat’ voor het aanpassen van de roosterafstand-en dit platform zal de ontwikkeling van de volgende generatie Twistronic en Quantum Devices versnellen.”