গ্রাফিন ফিতা অগ্রসর টুইস্ট্রোনিক্স – ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড

গ্রাফিন ফিতা অগ্রসর টুইস্ট্রোনিক্স – ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড

সময় স্ট্যাম্প: 19 সেপ্টেম্বর, 2023 4:27 পূর্বাহ্ন

একটি বাঁকানো গ্রাফিন ফিতা, ধূসর রঙে চিত্রিত, অন্য একটি গ্রাফিন শীটের বিপরীতে সমতল দেখানো হয়েছে। ফিতা স্তরটি একটি আকৃতিতে বাঁকানো হয় যা একটি অর্ধ-বৃত্তাকার খিলানের অনুরূপ
বক্ররেখায়: একটি বাঁকানো গ্রাফিন ফিতা, ধূসর রঙে চিত্রিত, অন্য একটি গ্রাফিন শীটের বিপরীতে সমতল দেখানো হয়েছে। উপরের ফিতা এবং নীচের শীটের মধ্যে মোচড়ের কোণে ক্রমাগত পরিবর্তন রয়েছে। কিছু জায়গায় দুটি শীটের পারমাণবিক জালিগুলি একে অপরের সাথে 0° কোণে সারিবদ্ধ, অন্যগুলিতে, তারা একে অপরের সাপেক্ষে 5° পর্যন্ত বাঁকানো হয়। (সৌজন্যে: কোরি ডিন, কলম্বিয়া বিশ্ববিদ্যালয়)

স্কোয়ারের পরিবর্তে গ্রাফিনের ফিতাগুলি দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণগুলির সংলগ্ন স্তরগুলি মোচড়ানো এবং স্ট্রেন করার ফলে উদ্ভূত অস্বাভাবিক ইলেকট্রনিক প্রভাবগুলি অনুসন্ধানের জন্য একটি ভাল প্ল্যাটফর্ম তৈরি করতে পারে। এটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র, ডেনমার্ক, ফ্রান্স এবং জাপানের বিজ্ঞানীদের অনুসন্ধান, যাদের দৃষ্টিভঙ্গি পূর্ববর্তী "টুইস্ট্রোনিক্স" গবেষণা থেকে উল্লেখযোগ্যভাবে পৃথক যা একে অপরের সাথে সাপেক্ষে উপাদানের দুটি ফ্লেক মোচড়ানো এবং তারপরে তাদের স্ট্যাক করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। দলের মতে, নতুন ফিতা-ভিত্তিক কৌশল গবেষকদের মোচড়ের কোণে আরও ভাল নিয়ন্ত্রণ দিতে পারে, ইলেকট্রনিক প্রভাবগুলি অধ্যয়ন করা সহজ করে তোলে।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা খুঁজে পেয়েছেন যে তারা একে অপরের উপরে এই উপকরণগুলির স্তরগুলি স্ট্যাকিং করে এবং তাদের মধ্যে কোণ পরিবর্তন করে 2D উপকরণগুলির বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যগুলি পরিবর্তন করতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, গ্রাফিনের একটি বাইলেয়ারে সাধারণত ব্যান্ড গ্যাপ থাকে না, তবে এটি একটি বিকশিত হয় যখন অন্য 2D উপাদান, হেক্সাগোনাল বোরন নাইট্রাইড (hBN) এর সংস্পর্শে রাখা হয়।

এই পরিবর্তনটি ঘটে কারণ hBN-এর জালির ধ্রুবক - এটির পরমাণুগুলি কীভাবে সাজানো হয় তার একটি পরিমাপ - প্রায় গ্রাফিনের মতোই, তবে পুরোপুরি নয়। গ্রাফিন এবং এইচবিএন-এর সামান্য অমিল স্তরগুলি একটি বৃহত্তর কাঠামো তৈরি করে যা একটি মোইরি সুপারল্যাটিস নামে পরিচিত, এবং এই সুপারল্যাটিসের কাছাকাছি পরমাণুর মধ্যে মিথস্ক্রিয়া একটি ব্যান্ড গ্যাপ তৈরি করতে দেয়। যদি স্তরগুলিকে এমনভাবে পেঁচানো হয় যাতে সেগুলি আরও মিসলাইন করা হয় এবং তাদের মধ্যে কোণটি বড় হয়ে যায়, ব্যান্ডের ফাঁকটি অদৃশ্য হয়ে যায়। একইভাবে, স্বতন্ত্র গ্রাফিন স্তরগুলির মধ্যে কোণের উপর নির্ভর করে গ্রাফিনকে নিজে থেকেই আধা-ধাতু থেকে সেমিকন্ডাক্টিং এবং এমনকি সুপারকন্ডাক্টিং পর্যন্ত সুর করা যেতে পারে।

প্রচলিত উপকরণে বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্যের এই বৈচিত্র্য অর্জনের জন্য, বিজ্ঞানীদের সাধারণত ডোপেন্ট বা ইচ্ছাকৃত অমেধ্য প্রবর্তন করে তাদের রাসায়নিক গঠন পরিবর্তন করতে হবে। স্তরগুলির মধ্যে মোচড়ের কোণ পরিবর্তন করে একটি 2D উপাদানে এটি করতে সক্ষম হওয়া তাই ডিভাইস ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে একটি মৌলিকভাবে নতুন দিক, এবং এটিকে "টুইস্ট্রোনিক্স" বলা হয়েছে।

সমস্যা হল যে মোচড়ের কোণ এবং সংশ্লিষ্ট স্ট্রেন নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, যার অর্থ একটি নমুনার বিভিন্ন এলাকায় অসুবিধাজনকভাবে ভিন্ন বৈদ্যুতিন বৈশিষ্ট্য থাকতে পারে। সর্বশেষ কাজে একটি টিমের নেতৃত্বে ড কোরি ডিন of কলাম্বিয়া ইউনিভার্সিটি মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে এইচবিএন-এর একটি স্তরের উপরে একটি ফিতা-আকৃতির গ্রাফিন স্তর (সাধারণত ক্ষেত্রে একটি বর্গাকার ফ্লেকের পরিবর্তে) স্থাপন করে এবং একটি পাইজো-পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপ ব্যবহার করে ধীরে ধীরে রিবনের এক প্রান্ত বাঁকানোর মাধ্যমে এই সমস্যাটি কাটিয়ে উঠল। ফলস্বরূপ কাঠামোটির একটি মোচড় কোণ রয়েছে যা একটি বিন্দু থেকে ক্রমাগত পরিবর্তিত হয় যেখানে ফিতাটি তার শেষ পর্যন্ত বাঁকানো শুরু করে। এবং স্ট্রেনের অনিয়ন্ত্রিত পরিবর্তনের পরিবর্তে, নমুনাটিতে এখন একটি অভিন্ন স্ট্রেন প্রোফাইল রয়েছে যা বাঁকানো ফিতার সীমানা আকৃতি দ্বারা সম্পূর্ণরূপে অনুমান করা যায়।

কোণ এবং স্ট্রেন গ্রেডিয়েন্ট বজায় রাখা

তাদের পরীক্ষা, যা বিস্তারিত আছে বিজ্ঞান, ডিন এবং সহকর্মীরা গ্রাফিন স্তরগুলির একটিকে একটি আকৃতিতে বাঁকিয়েছেন যা একটি অর্ধ-বৃত্তাকার খিলানের মতো। তারপরে তারা এই স্তরটিকে এক সেকেন্ডের উপরে, নমনীয়, স্তরে স্থাপন করে। "যখন এইভাবে একসাথে স্থাপন করা হয় তখন আমরা ইচ্ছাকৃতভাবে চাপ বরাবর একটি কোণ গ্রেডিয়েন্ট এবং চাপ জুড়ে একটি স্ট্রেন গ্রেডিয়েন্ট প্রবর্তন করি," ডিন ব্যাখ্যা করেন। "আমরা দেখতে পাই যে স্থানীয় মোচড়ের কোণ বা স্ট্রেনে এলোমেলো ওঠানামার অনুমতি দেওয়ার পরিবর্তে, সম্মিলিত দুটি স্তর কোণ এবং স্ট্রেন গ্রেডিয়েন্ট বজায় রাখে যা আমরা নমন প্রক্রিয়ার সময় প্রদান করি।"

তবে গ্রাফিন ফিতা বাঁকানো সহজ নয়। গবেষকরা প্রথমে একটি পারমাণবিক শক্তি মাইক্রোস্কোপি (AFM)-ভিত্তিক প্রক্রিয়া ব্যবহার করে গ্রাফিনের একটি বড় টুকরো থেকে একটি ফিতা কেটে এটি পরিচালনা করেন। এর পরে, তারা একটি মাল্টি-লেয়ার থেকে একটি পৃথক "স্লাইডার" তৈরি করেছে, গ্রাফাইটের বাল্ক টুকরো যা একটি বৃত্তাকার চাকতি নিয়ে গঠিত যা বাইরের রিমে হাতল দিয়ে তৈরি। এই স্লাইডারটি তখন রিবনের এক প্রান্তে স্থাপন করা হয়েছিল এবং একটি AFM টিপের শেষ ব্যবহার করে এটিকে ঠেলে দেওয়া হয়েছিল। "স্লাইডারটি AFM টিপ দ্বারা নিয়ন্ত্রিত হতে পারে এবং ফিতাটি আকারে বাঁকানোর পরে সরানো যেতে পারে," ডিন ব্যাখ্যা করেন।

এই প্রক্রিয়াটির একটি মূল বৈশিষ্ট্য হল যে গ্রাফিন ফিতার ইন্টারফেসিয়াল ঘর্ষণটি hBN-এ স্থাপন করার সময় তুলনামূলকভাবে কম হয়, যার অর্থ এটি লোডের নিচে বাঁকানো যেতে পারে, তবে লোডটি মুক্তির সময় ফিতাটিকে তার বাঁকানো আকৃতি ধরে রাখার জন্য যথেষ্ট উচ্চ।

ফিতাটি কতটা বাঁকবে তা নির্ভর করে ফিতার দৈর্ঘ্য ও প্রস্থের উপর এবং AFM টিপ দ্বারা এর শেষে কতটা বল প্রয়োগ করা হয়েছে তার উপর। গবেষকরা দেখেছেন যে দীর্ঘ, সরু ফিতা (অর্থাৎ, একটি বড় আকারের অনুপাতের ফিতা) নিয়ন্ত্রিত উপায়ে বাঁকানো সবচেয়ে সহজ।

"টুইস্টেড অ্যাঙ্গেল ফেজ ডায়াগ্রামে অভূতপূর্ব অ্যাক্সেস"

স্ট্রেন এবং টুইস্ট কোণ উভয়ই অবিচ্ছিন্নভাবে সুর করতে সক্ষম হওয়া গবেষকদের পেঁচানো কোণের "ফেজ ডায়াগ্রামে" অভূতপূর্ব অ্যাক্সেস দেবে, ডিন বলেছেন ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড. "টুইস্টেড বিলেয়ারের ইলেকট্রনিক ব্যান্ড স্ট্রাকচার টুইস্ট অ্যাঙ্গেলের জন্য অত্যন্ত সংবেদনশীল, উদাহরণস্বরূপ, 'ম্যাজিক অ্যাঙ্গেল' 1.1° ডিগ্রির মাত্র এক দশমাংশ দিয়ে সংজ্ঞায়িত করা হচ্ছে। ধীরগতির এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য মোচড়ের অর্থ আমরা এই নির্ভরতাটিকে একটি একক ডিভাইসে এমন নির্ভুলতার সাথে ম্যাপ করতে পারি যা আগে সম্ভব ছিল না।"

এবং এটিই সব নয়: যেহেতু ম্যাজিক অ্যাঙ্গেল বিলেয়ার গ্রাফিন সিস্টেমে স্ট্রেনের ভূমিকা পরীক্ষামূলকভাবে প্রায় সম্পূর্ণ অজানা, নতুন কৌশলটি এটিকে পুনরুত্পাদনযোগ্য উপায়ে পরিমাপ করার প্রথম সুযোগ প্রদান করে। "প্রযুক্তিগতভাবে, ধারণা যে একটি স্ট্রেন গ্রেডিয়েন্ট প্রবর্তন র্যান্ডম টুইস্ট কোণের বৈচিত্রগুলিকে দমন করতে সাহায্য করতে পারে আমাদের জন্য একটি অপ্রত্যাশিত বিস্ময় ছিল," ডিন বলেছেন। "এটি টুইস্টেড লেয়ার সিস্টেমে ইলেকট্রনিক ব্যান্ড কাঠামোর উপর আরও নিয়ন্ত্রণ পেতে স্ট্রেন ইঞ্জিনিয়ারিং এবং স্থানিক-নিয়ন্ত্রিত কোণের বৈচিত্রগুলিকে কীভাবে ইন্টারপ্লে করতে হয় সে সম্পর্কে আকর্ষণীয় ধারণাগুলি উন্মুক্ত করে।"

কলম্বিয়া দল এখন ট্রান্সপোর্ট- এবং স্ক্যান-প্রোব স্পেকট্রোস্কোপির সংমিশ্রণ ব্যবহার করে টুইস্টেড বিলেয়ার গ্রাফিনে ম্যাজিক অ্যাঙ্গেল রেঞ্জের চারপাশে স্ট্রেন-এঙ্গেল ফেজ ডায়াগ্রাম ম্যাপ করছে। গবেষকরা অন্যান্য 2D উপকরণ সিস্টেমে কৌশলটি প্রয়োগ করতে পারে কিনা তাও অনুসন্ধান করছেন। সেমিকন্ডাক্টরগুলিতে, উদাহরণস্বরূপ, বাঁকানো এক্সিটন (ইলেক্ট্রন-হোল জোড়া) গাইড এবং ফানেল করতে পারে, যখন চৌম্বকীয় 2D সিস্টেমে, এটি অস্বাভাবিক চৌম্বকীয় টেক্সচার তৈরি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। "অবশেষে, আমরা ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বা অন্যান্য অ-যান্ত্রিক উপায়ে নমন অর্জনের উপায়গুলি অন্বেষণ করছি," ডিন প্রকাশ করে। "এগুলি বাইলেয়ার সিস্টেমে মোচড় কোণের ইন-সিটু গতিশীল নিয়ন্ত্রণের অনুমতি দিতে পারে।"

সময় স্ট্যাম্প:

থেকে আরো ফিজিক্স ওয়ার্ল্ড