Materiali bidimensionali (2-D), costituiti da un unico strato di atomi, hanno attirato molta attenzione dall'isolamento del grafene nel 2004. Hanno un sistema elettrico unico, ottico, e proprietà meccaniche, come l'alta conduttività, flessibilità e forza, il che li rende materiali promettenti per cose come laser, fotovoltaico, sensori e applicazioni mediche.

Quando un foglio di materiale 2D viene posizionato sopra un altro e leggermente ruotato, la torsione può cambiare radicalmente le proprietà del materiale a doppio strato e portare a comportamenti fisici esotici, come la superconduttività ad alta temperatura, destinata all'ingegneria elettrica; ottica non lineare—eccitante per laser e trasmissione di dati; e la super-lubrificazione strutturale, una proprietà meccanica scoperta di recente che i ricercatori stanno solo iniziando a capire. Lo studio di queste proprietà ha dato vita ad un nuovo campo di ricerca chiamato twistronics, così chiamato perché è una combinazione di twist ed elettronica.

I ricercatori dell'Università di Aalto, in collaborazione con colleghi internazionali, hanno ora sviluppato un nuovo metodo per realizzare questi strati contorti su scale abbastanza grandi da essere utili, per la prima volta. Il loro nuovo metodo per trasferire strati di un singolo atomo di bisolfuro di molibdeno (MoS2) consente ai ricercatori di controllare con precisione l'angolo di torsione tra gli strati con un'area fino a un centimetro quadrato, rendendolo da record in termini di dimensioni. Il controllo dell'angolo di torsione dell'intercalare su larga scala è cruciale per le future applicazioni pratiche della twistonica.

"Il nostro metodo di torsione dimostrato ci consente di ottimizzare le proprietà delle strutture MoS2 multistrato impilate su scale più grandi che mai. Il metodo di trasferimento può essere applicato anche ad altri materiali stratificati bidimensionali, " dice il dottor Luojun Du della Aalto University, uno dei principali autori dell'opera.

Un progresso significativo per un nuovo campo di ricerca

Dal momento che la ricerca Twisttronics è stata introdotta solo nel 2018, è ancora necessaria la ricerca di base per comprendere meglio le proprietà dei materiali ritorti prima che trovino la strada per applicazioni pratiche. Il Premio Lupo in Fisica, uno dei più prestigiosi riconoscimenti scientifici, è stato assegnato ai Proff. Rafi Bistritzer, Pablo Jarillo Herrero, e Allan H. MacDonald quest'anno per il loro lavoro pionieristico sui twistronici, che indica il potenziale rivoluzionario del campo emergente.

Ricerche precedenti hanno dimostrato che è possibile fabbricare l'angolo di torsione richiesto mediante il metodo di trasferimento o le tecniche di manipolazione della punta del microscopio a forza atomica su piccola scala. La dimensione del campione è stata solitamente dell'ordine di dieci micron, meno della dimensione di un capello umano. Sono stati fabbricati anche film a pochi strati più grandi, ma il loro angolo di torsione interstrato è casuale. Ora i ricercatori possono coltivare film di grandi dimensioni utilizzando un metodo di crescita epitassiale e un metodo di trasferimento dell'assistente dell'acqua.

"Poiché non è necessario alcun polimero durante il processo di trasferimento, le interfacce del nostro campione sono relativamente pulite. Con il controllo dell'angolo di torsione e delle interfacce ultra pulite, potremmo mettere a punto le proprietà fisiche, comprese le modalità intercalari a bassa frequenza, struttura a bande, e proprietà ottiche ed elettriche, "Du dice.

"Infatti, il lavoro è di grande importanza nel guidare le future applicazioni della twistronica basata su materiali 2-D, " aggiunge il professor Zhipei Sun della Aalto University.

I risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .