EO

Fase-overgangen in 2D-materialen bestuderen met laser

09 juni 2020 om 09:04 uur

Faseovergangen spelen een belangrijke rol in materialen. In tweedimensionale materialen, waarvan grafeen de bekendste is, kunnen faseovergangen echter zeer moeilijk te bestuderen zijn. Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft en de Universiteit van Valencia hebben een nieuwe methode ontwikkeld die helpt dit probleem op te lossen. Ze hebben ultradunne lagen van 2D-materialen over een holte gespannen en de resonantiefrequentie van de daardoor ontstane membranen met behulp van lasers gevolgd.


De resultaten van hun werk zijn gepubliceerd in Nature Communications.

 

Sinds de ontdekking van de uitzonderlijkex elektrische en mechanische eigenschappen van grafeen trekken lagen met diktes tot één atoom de belangstelling. Nieuwe functionaliteiten en fenomenen komen naar voren met de recente ontdekkingen van unieke soorten magnetische en elektronische fasen in deze lagen, waaronder supergeleidende ladingsdichtheidsgolven, 2D Ising antiferromagnetische en ferromagnetische fasen.

 

Resonante beweging

Faseovergangen spelen een belangrijke rol in materialen. In grote monsters zijn er verschillende technieken om deze faseovergang te meten. Bijvoorbeeld door het meten van de specifieke warmte, die abrupte veranderingen kan vertonen bij de faseovergang. Er zijn echter slechts enkele methoden beschikbaar om deze overgangen te bestuderen in atomisch dunne samples met een massa van minder dan een picogram. Dit is vooral een uitdaging voor ultradunne isolerende antiferromagneten, die slechts zwak gekoppeld zijn aan magnetische en elektronische sensoren.

 

De onderzoekers hebben nu aangetoond dat deze fasen kunnen worden bestudeerd door te kijken naar de resonerende beweging van membranen die van deze 2D-materialen zijn gemaakt. Deze membranen kunnen worden gevormd door een ultradun kristal over een holte in een substraat te hangen, waardoor een nanoschaal-trommel ontstaat. "We volgen de mechanische resonantiefrequentie van deze membranen met behulp van een rode laser terwijl we ze op MHz-frequenties in beweging brengen met een vermogensgemoduleerde blauwe laser", zegt  Makars Šiškins.

 

Plotselinge expansie

Toen de onderzoekers de membranen van FePS3, NiPS3 en MnPS3 afkoelden, zagen ze een plotselinge verandering in hun resonantiefrequentie. Šiškins: "Interessant is dat deze verandering samenvalt met de temperatuur waarbij deze materialen hun magnetische spins antiferromagnetisch ordenen". De correlatie tussen de verandering in resonantiefrequentie en de magnetische ordening rond de faseovergangstemperatuur is een gevolg van de plotselinge expansie die optreedt wanneer de magnetische verstoring toeneemt, vergelijkbaar met de faseovergang van vloeistof naar gas. Deze expansie zorgt ervoor dat de mechanische spanning in het membraan afneemt, wat leidt tot een vermindering van de resonantiefrequentie, zoals bij de snaar van een gitaar.

 

Het nieuwe meetconcept is toepasbaar op een groot aantal dunne membraansystemen met verschillende faseovergangen, zoals de onderzoekers aantonen door hun observatie van de ordening van ladingsdichtheidsgolven in TaS2. "Daarom geloven we dat ons concept kan worden gebruikt bij de bestudering van een groot aantal materialen: 2D ferromagneten, complexe dunne 2D-oxidelagen en organische antiferromagneten. We verwachten dat dit zal leiden tot een beter begrip van de thermodynamica en de ordeningsmechanismen in tweedimensionale materialen".

 

Gerelateerd nieuws

De zwerftocht van het micro-scharnier

De zwerftocht van het micro-scharnier (video)

Brownse beweging is het voortdurend bewegen van microscopisch kleine objecten door een bombardement van de omringende deeltjes. Hoe verandert deze beweging als het object flexibel is in plaats van rigide?

Nieuw materiaal voor interacties tussen licht en materie

Nieuw materiaal voor interacties tussen licht en materie

EPFL-wetenschappers hebben een nieuw materiaal gekoppeld aan licht op het niveau van een enkel foton. Dit opent perspectieven voor een betere beheersing en begrip van de eigenschappen van kwantumgerelateerde systemen,…

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO levert optische module voor Sentinel-5-ruimtemissie

TNO heeft een optische module voor het Sentinel-5-instrument overgedragen aan het Duitse Airbus Defence & Space dat het satellietinstrument in elkaar gaat zetten. Sentinel-5 wordt ontwikkeld om de samenstelling van…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

27 augustus 2020, Online

Printed Electronics | Diversity in Tech

De Organic and Printed Electronics Association (OE-A) en High Tech Campus Eindhoven brengen technologie...

8 september 2020, Eindhoven

Cyber Event

Gratis Cyber Event voor ondernemers in de hightech- en maakindustrie door Cyber Weerbaarheidscentrum...

Meer agendapunten »