Όταν ένα Νόμπελ εμπνέει, ερευνητές του ΙΤΕ Κρήτης κάνουν θαύματα!

Η ανακάλυψη του γραφενίου (Νόμπελ Φυσικής το 2010),  του πρώτου δισδιάστατου υλικού (πάχους ίσου με αυτό του ενός ατόμου άνθρακα), έφερε επανάσταση στην επιστήμη και την τεχνολογία, λόγω των εξαιρετικών φυσικών ιδιοτήτων του.

Τα δισδιάστατα υλικά προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα σε σχέση με τα υλικά βασισμένα στο πυρίτιο, οπότε αναμένεται πολύ σύντομα να χρησιμοποιηθούν σε μελλοντικές συσκευές.

Ειδικότερα, όταν δύο δισδιάστατα υλικά τοποθετηθούν το ένα πάνω από το άλλο, το καινούργιο υλικό που δημιουργείται παρουσιάζει νέες εξαιρετικές ιδιότητες που δεν υπάρχουν στα μεμονωμένα δισδιάστατα υλικά που το αποτελούν.

Για παράδειγμα, όταν δύο μονοστρωματικά φύλλα γραφενίου τοποθετηθούν το ένα πάνω από το άλλο με γωνία μίας μοίρας, το καινούργιο υλικό που δημιουργείται παρουσιάζει υπεραγώγιμες ιδιότητες. Η γωνία αυτή ονομάζεται “μαγική-γωνία” (magic-angle).

Η σχετική γωνία (twist-angle) μεταξύ των μονοστρωματικών φύλλων των δισδιάστατων υλικών  θεωρείται ως ένας νέος βαθμός ελευθερίας που μπορεί να μεταβληθεί ώστε να επιτευχθούν οι επιθυμητές ιδιότητες.

Η μέτρηση της σχετικής γωνίας (twist-angle) μεταξύ των μονοστρωματικών φύλλων δισδιάστατων υλικών επετεύχθη πρόσφατα για πρώτη φορά με οπτικό τρόπο με χρήση λέιζερ, στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (ΙΗΔΛ) του ΙΤΕ από την ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τον Διευθυντή Ερευνών  Εμμανουήλ Στρατάκη. 

Την ερευνητική ομάδα συμπληρώνουν ο Καθ. του τμήματος Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών του Πανεπιστημίου Κρήτης και συνεργαζόμενο μέλος του ΙΗΔΛ Γιώργος Κιοσέογλου, οι μεταδιδακτορικοί ερευνητές Σωτήρης Ψιλοδημητρακόπουλος και Λεωνίδας Μουχλιάδης και οι υποψήφιοι διδάκτορες Γιώργος Μαραγκάκης και Γιώργος Κουρμουλάκης.

Χρησιμοποιώντας μεθόδους απεικόνισης βασισμένες στη μη-γραμμική μικροσκοπία γέννεσης δεύτερης αρμονικής εξαρτώμενης από την πόλωση (P-SHG), οι ερευνητές του ΙΤΕ κατάφεραν να μετρήσουν με μεγάλη ακρίβεια τη σχετική γωνία μεταξύ μονοστρωματικών φύλλων δισδιάστατων υλικών μετά την αλληλεπίδρασή τους με υπερβραχείς παλμούς λέιζερ.

Οι μεταβολές αυτές παρατηρήθηκαν στα δείγματα που παρασκευάστηκαν και χαρακτηρίστηκαν εξ ολοκλήρου στο ΙΤΕ, ενώ η ακρίβεια της μέτρησης επιβεβαιώθηκε με χρήση της υψηλής διακριτικής ικανότητας καθιερωμένης ηλεκτρονικής μικροσκοπίας σάρωσης από κορυφαίο ερευνητικό εργαστήριο του εξωτερικού (Πανεπιστήμιο της Αμβέρσας στο Βέλγιο).

Η χρήση αυτής της οπτικής μέτρησης αναμένεται να συνεισφέρει σημαντικά στην ανάπτυξη μιας νέας γενιάς ηλεκτρονικών διατάξεων με βάση τις νέες φυσικές ιδιότητες που εξαρτώνται από τη σχετική γωνία μεταξύ μονοστρωματικών κρυστάλλων. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο έγκριτο περιοδικό του εκδοτικού οίκου Springer Nature, npj 2D Materials and Applications (S. Psilodimitrakopoulos, A. Orekhov, L. Mouchliadis, D. Jannis, G.M. Maragkakis, G. Kourmoulakis, N. Gauquelin, G. Kioseoglou, J. Verbeeck and E. Stratakis “Optical versus electron diffraction imaging of Twist-angle in 2D transition metal dichalcogenide bilayers  npj 2D Materials & Applications 5, Article number: 77  (2021).

https://www.nature.com/articles/s41699-021-00258-5.

Σύγκριση των οπτικών αποτελεσμάτων με την ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης. α) Οπτικός χαρακτηρισμός της σχετικής γωνίας μεταξύ μονοστρωματικών φύλλων δισδιάστατου υλικού. β) Χαρακτηρισμός με ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης μεγάλης ακρίβειας. Τα αποτελέσματα συμπίπτουν ακριβώς. 

 

"google ad"