Çeşitli benzersiz özelliklere sahip iki boyutlu katmanlı malzemelerin (2DLMs) patlaması, van der Waals heteroyapıları (vdWHs) için temel yapı taşları sağlar. 2DLM’lerin çeşitli istifleme hizalamaları ile entegre edilen vdWH’ler; elektronik, optoelektronik, termoelektrik, algılama ve enerji dönüşümü ve depolanması dahil olmak üzere çeşitli alanlarda birçok umut verici işlevsellik sergilemektedir. Buna ek olarak, vdWH’lerde eşlik eden yeni fiziksel olaylar, vdWH’leri özellikle düşük boyutlu alanlarda yoğun madde fiziğini keşfetmek için mükemmel bir platform haline getirmektedir.
Farklı alanlardaki talepleri karşılamak için, son on yılda vdWH’lerin üretimi için birçok strateji geliştirilmiştir. Farklı üretim stratejileri ile elde edilen vdWH’ler, uygulama performanslarını belirleyen katman sayısı, temizlik, kusur yoğunluğu ve arayüz homojenliği gibi temel özelliklerde farklılık gösterir.
International Journal of Extreme Manufacturing dergisinde yayımlanan makalede, Hongkong Şehir Üniversitesi’nden araştırmacıların liderliğindeki ekip, düşük boyutlu dünyanın daha derinlemesine keşfedilmesi için vdWH’lerin daha rasyonel tasarımlarını kolaylaştırmak amacıyla vdWH’lerin imalatı ve uygulamalarındaki mevcut gelişme durumunu özetledi.
Ekip, vdWH’leri üretmek için başlıca stratejilerin mekanizmasını ve sürecini tanıttı ve farklı yöntemlerle hazırlanan vdWH’lerin temel özelliklerini karşılaştırdı. Ardından, vdWH’lerin elektronik, optoelektronik, enerji dönüşümü ve depolamadaki potansiyel uygulamaları gösterildi. Ortaya çıkan yeni fiziksel olayların temsilcileri olarak rezonans emisyonlarına dayalı moiré süper örgüleri de gösterilmiştir. Son olarak, vdWH’lerin üretim ve uygulamalarının zorlukları ve potansiyel fırsatları özetlenmiştir.
Araştırma ekibinin direktörü HE Qiyuan şunları söyledi: “İki boyutlu malzemelerin ortaya çıkışının bize dünyanın daha fazla keşfedilmesi için yeni bir yol sağladığını söylemek abartı olmaz. Araştırmacılar, 2D malzemelerin keşfedilmesiyle birlikte, farklı pratik uygulamaların gereksinimlerini karşılamak için 2D malzemelerin özelliklerini ve performansını modüle ve optimize etmek için çalışmaya başladılar. Çeşitli 2D malzemelerin vdWH’lere entegre edilmesi en umut verici stratejilerden biridir.”
“VdWH’ler sadece 2D-malzeme kütüphanesini büyük ölçüde zenginleştirmekle kalmıyor, aynı zamanda moiré desenleri, sinerjik etki, fraktal kuantum hall etkisi ve rezonans tünelleme fenomeni gibi çok sayıda yeni ve benzersiz fiziksel fenomen ve özelliklere eşlik ederek vdWH’leri yoğun madde fiziğini incelemek için mükemmel bir platform haline getiriyor. Dahası, vdWH’lerin tasarım fikri pratikte 2D malzemelerle sınırlı değildir ve 0D, 1D, 2D ve 3D dahil olmak üzere çeşitli boyutlardaki malzemelerin bir araya getirilmesinde de büyük potansiyel göstermektedir. Bu da kapsamlı ve tutarlı tam boyutlu fiziksel modeller oluşturmak için fırsatlar yaratmaktadır.”
Bu nedenle, vdWH’ler için evrensel ve kontrol edilebilir üretim yöntemlerinin geliştirilmesine acil ihtiyaç vardır. Bu derlemede vdWH’lerin üretimindeki son durum tartışılmakta ve başlıca stratejiler dört sınıfa ayrılmaktadır: fiziksel kombinasyon, gaz fazı depozisyonu, solvotermal sentez ve senkronize evrim.
Eş yazar doktora öğrencisi QI Junlei, “Çeşitli fabrikasyon yöntemleriyle elde edilen vdWH’lerin özellikleri ve performansları açısından avantajları ve dezavantajları vardır, bu nedenle farklı uygulama alanlarında uygun sentetik yöntemlerin seçilmesi özellikle önemlidir.” dedi.
Bu derleme; elektronik, fotodedektörler ve enerji ile ilgili uygulamalarda vdWH’lere dayalı entegrasyon tasarımını göstermiştir. Ayrıca, moiré örgüsü tarafından temsil edilen yeni fiziksel fenomenler üzerine yapılan temel araştırmalar tartışılmıştır. Uygulama örnekleri ile birlikte, farklı sentez yöntemleri ile elde edilen vdWH’lerin uygun uygulamalarının oldukça farklı olduğu ispatlanabilir.
Örneğin, nispeten kontrol edilebilir mekanik düzenekler, yüksek kaliteli arayüzler gerektiren fiziksel olayları incelemek için idealdir. Bu arada, yüksek verim ve çoklu aktif bölgelere sahip solvotermal yöntemler, kataliz ve enerji depolama gibi uygulamalar için daha uygundur.
Dr. He, “Son on yılda vdWH’lerin üretimi ve uygulamalarında kayda değer ilerlemeler kaydedildi ancak vdWH’leri ortaya çıkarmamız hala buzdağının görünen kısmı. Bir yandan, vdWH’lerin tasarım yoluyla ölçeklenebilir ve kontrol edilebilir bir şekilde hazırlanması için genel bir sentetik yöntem henüz gerçekleştirilmemiştir ve yüksek kalite ile yüksek verim arasındaki çelişki çözülmemiştir.”
“Her ne kadar zorluklar her yerde olsa da, vdWH’lere dayalı cihazların performansı birçok geleneksel malzemeyi geride bırakmıştır. Geleneksel yöntemlerin gerçekleştiremediği fiziksel olguları ortaya çıkarmak ve incelemek için kullanılabilirler. vdWH’lerin multidisipliner araştırmalarda ve çok alanlı uygulamalarda dikkate alınması gereken bir güç haline geldiği yadsınamaz.” [1]Fabrication and applications of van der Waals heterostructures[2]Öne çıkan görsel
[cite]
Kaynaklar ve İleri Okuma
| ↑1 | Fabrication and applications of van der Waals heterostructures |
|---|---|
| ↑2 | Öne çıkan görsel |
