Ein neuer Ansatz bei der Twistronik, der sich auf Graphenbänder konzentriert, könnte den Forschern eine bessere Kontrolle über den Verdrehungswinkel ermöglichen und die Untersuchung der elektronischen Effekte erleichtern, die auftreten, wenn benachbarte Schichten zweidimensionaler (2D) Materialien verdreht und gespannt werden. Frühere Studien über Twistronik konzentrierten sich darauf, zwei Materialfragmente zu verdrehen und aufeinander zu stapeln. Die neue, bandbasierte Technik ermöglicht jedoch eine kontinuierlichere Veränderung des Verdrehungswinkels, was eine bessere Kontrolle ermöglicht und die Untersuchung der elektronischen Effekte erleichtert.

Indem sie Schichten von 2D-Materialien aufeinander stapeln und den Winkel zwischen ihnen variieren, haben die Forscher herausgefunden, dass sie die elektronischen Eigenschaften dieser Materialien verändern können. Zum Beispiel entwickelt eine zweifache Schicht Graphen eine Bandlücke, wenn sie mit hexagonalem Bornitrid in Kontakt gebracht wird. Dies liegt daran, dass die leicht ungleichmäßig angeordneten Schichten von Graphen und hBN eine Moiré-Superstruktur bilden, die die Bildung einer Bandlücke ermöglicht. Durch weiteres Verdrehen der Schichten und Erhöhen des Winkels zwischen ihnen verschwindet die Bandlücke.

Diese Fähigkeit, die elektronischen Eigenschaften zu verändern, ohne die chemische Zusammensetzung des Materials zu verändern, ist ein grundlegend neuer Ansatz in der Gerätetechnik und wird als „Twistronik“ bezeichnet. Die Kontrolle über die Verdrehungswinkel und die damit verbundene Spannung bleibt jedoch eine Herausforderung, da unterschiedliche Bereiche einer Probe unterschiedliche elektronische Eigenschaften haben können.

Um dies zu überwinden, haben Forscher der Columbia University eine Graphenschicht in Form eines Bandes auf hBN platziert und langsam ein Ende des Bandes mit einem piezoelektrischen Rasterkraftmikroskop gebogen. Dadurch entstand ein kontinuierlich variabler Verdrehungswinkel und ein gleichmäßiges Spannungsprofil, das vorhergesagt werden konnte.

Die Forscher konnten sowohl die Spannung als auch den Verdrehungswinkel kontinuierlich einstellen, was ihnen einen beispiellosen Zugang zur „Phasendiagramm“ der verdrehten Winkel ermöglichte. Diese Kontrolle ermöglicht es, die Abhängigkeit der Struktur der elektronischen Bänder präzise in Abhängigkeit vom Verdrehungswinkel zu kartieren, was zuvor nicht möglich war. Darüber hinaus bietet die neue Technik die erste Möglichkeit, die Rolle der Spannung in wiederholbaren Mustern des magischen Winkels der zweifachen Graphenschicht zu messen und eröffnet neue Möglichkeiten zur Kontrolle der Struktur der elektronischen Bänder in verdrehten Schichtsystemen.

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