異種系統

ヘテロひずみという用語は、2つ（またはそれ以上）の2次元材料が互いに積み重ねられたファンデルワールスヘテロ構造における起こり得るひずみ状況の指定を簡素化するために、 2018年に材料科学の文脈で提案されました。 ^{[1]これらの層は、同じ変形（ホモひずみ）または異なる変形（ヘテロひずみ）を経験する可能性があります。}ねじれに加えて、ヘテロひずみは、結果として生じる構造の電子的^{[2] [3]}および光学的^[4]特性に重要な影響を及ぼす可能性があります。そのため、ヘテロひずみの制御^{[5] [6]は、2D材料の特性がひずみによって制御される}ストレイントロニクスのサブフィールドとして浮上しています。最近の研究では、サンプル処理^[7]またはAFMの先端^[8]によるヘテロひずみの決定論的制御が報告されており、ねじれヘテロ構造に特に興味深いものです。ヘテロひずみのみ（ねじれなし）も、例えば二軸ヘテロひずみを持つねじれグラフェン層などのファンデルワールス構造の電子特性を調整するためのパラメータとして特定されています。^[9]

ヘテロストレインは、ギリシャ語の接頭辞hetero-（異なる）と名詞strainから構成されています。これは、構造を構成する2つの層が異なる歪みを受けることを意味します。^[1] これは、2つの層が同じ歪みを受けるhomostrainとは対照的です。^[1]ヘテロストレインは、一部の著者によって「相対的な歪み」と呼ばれています。^[10]

簡単にするために、2 つのグラフェン層の場合を考えます。この説明は、ヘテロ構造を形成する異なる 2D 材料の場合にも一般化できます。

自然界では、2 つのグラフェン層は通常、単位格子の半分のずれで積み重なっています。この構成はエネルギー的に最も有利であり、グラファイトに見られます。1 つの層に歪みが与えられ、もう 1 つの層がそのままの場合、 2 つの層の原子格子が一致している領域と一致していない領域を示すモアレ パターンが発生します。モアレ パターンの形状は歪みの種類によって異なります。

• 層が一方向に沿って変形する場合（一軸ヘテロ歪み）、モアレは 1 次元になります。
• 層が 2 つの方向に沿って同じように歪んでいる場合 (二軸ヘテロ歪)、モアレは 2 次元の上部構造になります。

一般に、層は両方のタイプの異種ひずみの任意の組み合わせによって変形できます。

ヘテロひずみは走査トンネル顕微鏡で測定でき、これにより第 1 層の原子格子とモアレ超格子の両方の画像が得られます。原子格子をモアレ格子に関連付けることで、層の相対的な配置 (二軸、一軸ヘテロひずみ、ねじれ) を完全に決定できます。^[11]この方法は、2 つの層の画像に同一に影響を与えるキャリブレーション アーティファクトの影響を受けず、相対測定では相殺されます。あるいは、適切にキャリブレーションされた顕微鏡を使用し、二軸ヘテロひずみが十分に低い場合は、全方向のモアレ周期を知ることでねじれと一軸ヘテロひずみを決定することができます。^[12]一方、ホモひずみを決定するのははるかに難しく、キャリブレーション サンプルが必要です。

ヘテロひずみは、2D材料スタックの製造中に生成されます。これは、ボトムアップアセンブリ中の準安定構成から生じる場合もあれば、ティアアンドスタック技術における層操作から生じる場合もあります。^[13]これは、マジックツイスト角付近のねじれたグラフェン層に遍在し、これらのシステムの平坦なバンド幅の主な要因であることが示されています。^{[2] [3]} ヘテロひずみは、ホモひずみよりも電子特性に大きな影響を与えます。^[1] これにより、以前は不可解だったサンプルの変動の一部が説明されます。^{[3] [14]}現在、研究はヘテロひずみの空間変動の影響を理解する方向に進んでいます。^[15]