Natuurkunde ontmoet kunst: een nieuwe draai aan interferentiepatronen

Een van de eenvoudigste en mooiste natuurlijk voorkomende patronen kan worden waargenomen wanneer licht wordt geschoren door een paar enigszins verkeerd uitgelijnde periodieke structuren. Dit fenomeen, bekend als het Moiré -effect, is niet alleen mooi om naar te kijken, maar heeft ook belangrijke gevolgen voor de eigenschappen van materialen.

In een artikel gepubliceerd in ACS nanoeen team onder leiding van onderzoekers van het Institute of Industrial Science, de Universiteit van Tokio, kondigde de ontdekking aan van een eerder ongezien Moiré-patroon: een reeks periodieke eendimensionale banden in Tungsten Ditelluride Bilayers.

In nanomaterialen zijn moirépatronen afhankelijk van de relatieve hoek tussen twee lagen atomen; Door de hoek tussen de roosters aan te passen, kunnen verschillende patronen worden gerealiseerd. Meestal is deze draaihoek klein – slechts enkele graden – omdat de karakteristieke grootte van het patroon afneemt met toenemende draaihoek. Toen de onderzoekers echter experimenteerden met grotere draaihoeken, gebeurde er iets onverwachts.

“Het resulterende patroon is een reeks parallelle strepen”, zegt Yijin Zhang, een van de overeenkomstige auteurs van de studie.

“Typische interferentiepatronen zien eruit als tweedimensionale arrays van heldere plekken. Deze eendimensionale banden zijn volledig verschillend van alle eerder bekende patronen.”

Dit fenomeen kan gedeeltelijk worden verklaard door de keuze van het materiaal. Wolfraam ditelluride heeft een zeer onconventionele kristalstructuur, bestaande uit vervormde vierhoek in plaats van een geordend honingraatachtig rooster.

“Een meer ongeordend rooster betekent minder beperkingen op de draaihoek”, legt Tomoki Machida, senior auteur uit. “Door ervoor te kiezen dit materiaal te bestuderen, zijn we vrij om de patronen te verkennen die naar voren komen wanneer de hoek aanzienlijk wordt verhoogd.”

Door middel van theoretische modellerings- en transmissie-elektronenmicroscopie-experimenten was het team in staat om te bevestigen dat de eendimensionale banden precies optreden bij twisthoeken van 61.767º en 58.264º. Door de hoek te verstoren, zelfs door een tiende van een graad, keert het interferentiepatroon terug naar de traditionele heldere plekken.

“Moiré -patronen regelen de opto -elektronische eigenschappen van materialen, dus deze ontdekking opent de deur voor technische materialen met unieke anisotrope eigenschappen”, zegt Zhang. “Het kan bijvoorbeeld binnenkort mogelijk zijn om nanomaterialen af ​​te stemmen om warmte of elektriciteit in een bepaalde richting te leiden.”

De onderzoekers veronderstellen dat andere materialen ook vergelijkbare eendimensionale patronen hebben bij grote draaihoeken en er momenteel naar op zoek zijn, en manieren bedenken om hun ontdekking toe te passen op de studie van eendimensionale fenomenen. Ongeacht wat ze vinden, zullen meer interessante interferentiepatronen vrijwel zeker volgen.