شبیه‌سازی ها نشان داده‌اند که ورقه‌های دوبعدی در دولایه‌های پیچ خورده مثل گرافن می‌توانند حتی در پیچ خوردگی های کوچک و تحت فشار شدید روی یکدیگر بلغزند.

اگر دو شانه تخم‌مرغ طوری روی هم قرار داده شوند که برآمدگیها و فرورفتگیهای مربوط به آنها در هم قفل شوند، در این صورت یکی از آنها نمی‌تواند روی دیگری لغزانده شود. اما اگر با یک پیچ دادن آنها را روی هم بچینید به طوریکه دیگر تراز نباشند، آنگاه شانه بالایی می‌تواند روی برآمدگیهای شانه پایینی بلغزد. چیز مشابهی بین صفحات گرافن دولایه و مواد دوبعدی دیگر رخ می‌دهد. در یک دولایه معمول با شبکه‌های هم تراز، لایه‌ها در یک پیکربندی مطلوب از نظر انرژی به هم متصل شده‌اند. اما به ازای زوایای پیچ‌خوردگی معین، این ابرشبکه دولایه فاقد نظم بلندبرد است، هیچ پیکربندی مطلوبی وجود ندارد و یک لایه می‌تواند آزادانه روی دیگری حرکت کند. جین وانگ Jin Wang و اِریو توساتی Erio Tosatti در مدرسه بین المللی مطالعات پیشرفته (SISSA) در ایتالیا اکنون دریافته‌اند که این حالت بدون اصطکاک به طور قابل توجهی کشسان است [1].

این گذار از لغزیدن به متصل شدن اولین بار 40 سال پیش برای زنجیره ای از ذرات متحرک به واسطه یک پتانسیل یک بعدی متناوب، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت [2]. وقتی فاصله ذره با تناوب پتانسیل مطابقت داشته باشد، زنجیره متصل و بدون حرکت است. وقتی این اتفاق نمی افتد-یک حالت به اصطلاح نامتناسب-زنجیره آزادانه می لغزد. اما حتی در این حالت، وقتی انعطاف پذیری زنجیره یا شدت پتانسیل از مقادیر معینی فراتر می‌ رود، اتصال می‌تواند به طور غیرمنتظره ای اتفاق بیفتد. وانگ و توساتی این مشکل را در مواد دوبعدی با شبیه سازی دولایه‌هایی از گرافن، بورون نیترید هگزاگونال و مولیبدن دی سولفاید حل کردند. آنها زاویه پیچش، سختی لایه‌ها و -به عنوان یک معادل برای شدت پتانسیل-فشار مکانیکی قرار گرفته روی لایه‌ها را تغییر دادند. آنها دریافتند که حالت بدون لغزندگی برای زاویه‌های پیچش به کوچکی ^°0.3 و فشارهایی به بزرگی 10 گیگاپاسکال باقی مانده است. به گفته پژوهشگران به لطف مقاوم بودن این حالت، دولایه های پیچ خورده می‌توانند برای مهندسی سطوح کم اصطکاک در دستگاه‌های نانوالکترومکانیکی مورد استفاده قرار گیرند.

1. J. Wang and E. Tosatti, “Aubry pinning transition of twisted two-dimensional material bilayers,” Phys. Rev. B 112, 155406 (2025).

2. M. Peyrard and S. Aubry, “Critical behaviour at the transition by breaking of analyticity in the discrete Frenkel-Kontorova model,” J. Phys. C: Solid State Phys. 16, 1593 (1983).

منبع:

Twisted Bilayers Are Hard to Pin Down

ترجمه خبر: بهناز ساربانها