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Feb 16, 2024
반전: 고도로 조정 가능한 전기적 및 물리적 특성을 갖춘 새로운 복합 재료
University of Utah2022년 6월 14일 수학자들은 하나의 격자를 다른 격자에 대해 회전하고 늘려서 형성된 모아레 패턴이 다양한 복합재를 설계하는 데 사용될 수 있음을 발견했습니다.
유타 대학교 2022년 6월 14일
수학자들은 하나의 격자를 다른 격자에 대해 회전하고 늘려서 형성된 모아레 패턴이 다양한 복합 재료를 설계하는 데 사용될 수 있음을 발견했습니다. 결과적인 모아레 패턴이 규칙적으로 반복되는지 또는 반복되지 않는지에 따라 전기적 및 기타 물리적 특성이 때로는 극적으로 변할 수 있습니다.
여러분은 아마도 수학, 물리학, 예술 분야에서 알려진 대규모 간섭 패턴인 모아레 패턴에 익숙할 것입니다. 이는 하나의 선이 그어진 불투명 패턴과 다른 유사한 패턴 위에 투명한 간격을 겹쳐서 생성됩니다. 회전하거나 변위되면 간섭 무늬가 나타납니다.
Moiré patterns have shown to be especially useful with 2D-materials, single layer materials are lattices consisting of a single layer of atoms. Graphene, a single layer of atoms arranged in a two-dimensional honeycomb lattice nanostructure is one of the most well-known 2D-materials. When you take two stacked layers of grapheneGraphene is an allotrope of carbon in the form of a single layer of atoms in a two-dimensional hexagonal lattice in which one atom forms each vertex. It is the basic structural element of other allotropes of carbon, including graphite, charcoal, carbon nanotubes, and fullerenes. In proportion to its thickness, it is about 100 times stronger than the strongest steel." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">그래핀을 마법의 각도로 비틀면 초전도성, 강자성 등 온갖 강력한 특성이 나타날 수 있습니다.
이제 과학자들은 독특한 전기적, 물리적 특성을 지닌 모아레 패턴으로 설계할 수 있는 새로운 범위의 복합 재료를 발견했습니다.
서로 평행하게 움직이는 두 개의 동심원이 모아레 패턴을 만듭니다. 크레딧: Jacopo Bertolotti
위의 이미지를 보세요.
원이 서로 교차하면서 생성되는 패턴을 살펴보세요. 서로 오프셋된 두 세트의 선으로 인해 생성된 이러한 패턴을 모아레(mwar-AY로 발음) 효과라고 합니다. 착시 현상인 모아레 패턴은 움직임을 깔끔하게 시뮬레이션합니다. 그러나 원자 규모에서 격자로 배열된 원자 시트가 다른 시트에서 약간 오프셋되면 이러한 모아레 패턴은 흥미롭고 특이한 전자 특성을 갖는 흥미롭고 중요한 물리학을 생성할 수 있습니다.
유타 대학교(University of Utah)의 수학자들은 하나의 격자를 다른 격자에 대해 회전시키고 늘려서 생성된 모아레 패턴으로부터 다양한 복합 재료를 설계할 수 있음을 발견했습니다. 결과적인 모아레 패턴이 규칙적으로 반복되는지 또는 반복되지 않는지에 따라 전기적 및 기타 물리적 특성이 때로는 매우 갑작스럽게 변할 수 있습니다. 그들의 연구 결과는 Communications Physics에 게재되었습니다.
이러한 뒤틀린 격자의 수학과 물리학은 다양한 재료 특성에 적용된다고 저명한 수학 교수인 Kenneth Golden은 말합니다. "기본 이론은 나노미터에서 킬로미터까지 광범위한 길이 규모의 재료에도 적용되며, 이는 우리 연구 결과의 잠재적인 기술적 적용 범위가 얼마나 넓은지를 보여줍니다."
주기적 시스템의 프랙탈 배열. 점은 주기적인 미세 기하학을 갖는 시스템에 해당하는 모아레 매개변수 값을 식별합니다. 여기서 짧은 주기와 큰 주기는 각각 크고 작은 점으로 식별되어 주기적 시스템의 자기 유사 프랙탈 배열을 드러냅니다. 출처: Ken Golden/University of Utah 제공
이러한 새로운 발견에 도달하기 전에 비주기 기하학과 트위스트론학이라는 두 가지 중요한 개념의 역사를 도표화해야 합니다.
비주기적 기하학은 반복되지 않는 패턴을 의미합니다. 예를 들어 마름모의 펜로즈 타일링 패턴이 있습니다. 패턴의 일부 주위에 상자를 그리고 회전하지 않고 어떤 방향으로든 밀어넣기 시작하면 패턴과 일치하는 부분을 결코 찾을 수 없습니다.
Twisting one lattice just two degrees, for example, can cause the moiré patterns to go from regularly repeating to non-repeating—and even appear to be randomly disordered, although all the patterns are non-random. If the pattern is ordered and periodic, the material can conduct electrical current very well or not at all, displaying on/off behavior similar to semiconductorsSemiconductors are a type of material that has electrical conductivity between that of a conductor (such as copper) and an insulator (such as rubber). Semiconductors are used in a wide range of electronic devices, including transistors, diodes, solar cells, and integrated circuits. The electrical conductivity of a semiconductor can be controlled by adding impurities to the material through a process called doping. Silicon is the most widely used material for semiconductor devices, but other materials such as gallium arsenide and indium phosphide are also used in certain applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"semiconductors used in computer chips. But for the aperiodic, disordered-looking patterns, the material can be a current-squashing insulator, “similar to the rubber on the handle of a tool that helps to eliminate electrical shock,” says David Morison, lead author of the study who recently finished his Ph.D. in Physics at the University of Utah under Golden’s supervision./p>