Twistronik – die Kunst, ultradünne Materialien zu stapeln und eine Schicht relativ zur anderen zu verdrehen, um ihre elektronischen Eigenschaften zu verändern – blieb bisher meist ein Laborphänomen, begrenzt durch winzige Probengrößen und schwache Kräfte zwischen den Schichten. Nun berichten Forscher der North Carolina State University über eine Methode, großflächige verdrillte Oxidmaterialien mit präziser Kontrolle über den Verdrehungswinkel herzustellen – verbunden durch starke chemische Bindungen statt durch fragile Van-der-Waals-Kräfte.
Das Team um Materialwissenschaftlerin Ruijuan Xu demonstrierte die Technik mit kristallinen Natriumniobat-Membranen (NaNbO3). Mit Fotolithografie brachten sie visuelle Referenzmarkierungen an den Rändern jeder Membran an, hoben eine Membran auf eine andere und nutzten die ausgerichteten Markierungen, um den Rotationswinkel festzulegen. Ein materialspezifischer Temperprozess schmiedete anschließend starke chemische Bindungen zwischen den gestapelten Schichten.
'Maßstab ist für Bauelemente entscheidend', sagte Xu. 'Weil diese kristallinen Membranen über große Flächen hergestellt und auf verschiedene Träger übertragen werden können, bietet dieser Ansatz einen praktischen Weg zu twist-optimierter Oxidelektronik.' Die Arbeit wurde im Journal ACS Nano veröffentlicht.
Die Messungen brachten Unerwartetes ans Licht: Die Bindungen zwischen den Schichten sind so stark, dass sie die atomare Struktur des Materials verformen – sie erzeugen eine graduelle Rotation des Atomgitters an der Grenzfläche und verändern die Phasenstruktur des Materials. Diese Effekte könnten 'völlig neue Grenzflächenphänomene' eröffnen und neue Wege zur maßgeschneiderten Gestaltung von Materialien bieten, so Xu. Dieselbe Methode könnte nach Überzeugung der Forscher auch bei anderen komplexen Oxiden funktionieren und die Twistronik vom Laborphänomen zur Plattform für die Elektronik der nächsten Generation machen.
