Moiré kafesleri, birbirine benzeyen iki periyodik kafes uzayda üst üste geldiğinde oluşur, ancak bunlardan biri diğerine göre bir açıyla bükülür. İstiflenmiş ve dönen 2D tabakalardan oluşması en iyi bilinen örneklerdir. Tek tek katmanlarında görülmeyen büyüleyici özellikler bu yapılar tarafından sergilenebilir.
Örneğin, bükülmüş çift katmanlı grafende süper iletken ve Mott yalıtkan özellikleri gözlemlenebilir.
Çinli bilim insanı Wang ve meslektaşlarının yeni bir önerisine göre, ultra soğuk atomlar içeren iki kübik optik kafes ile bir 3D moiré kafes inşa edilebilir. Araştırmacılar tarafından sağlanan matematiksel açıklama, iki basit periyodik yapının birbirine göre bükülmesiyle 3D optik moiré desenlerinin nasıl üretilebileceğini açıklıyor. Son ürün bir kristali andırıyor ancak altındaki temel kafeslerden farklı olarak ortaya çıkan özelliklere sahip. Araştırmacılar, bükülme eksenlerini ve açılarını değiştirerek farklı kristal simetrilerinin elde edilebileceğini gösteriyor ve bu da çok çeşitli malzeme özelliklerinin araştırılmasına olanak sağlıyor.
Optik ve soğuk atom sistemlerinde, moiré kafes kavramı son beş yılda deneysel olarak kanıtlanmıştır.
Bu örnekler, fikri iki boyuttan üç boyuta taşıma potansiyelini göstermektedir. 3D moiré desenlerinin Abelian olmayan dönüşü, en ilginç özelliklerinden biridir; elde ettiğiniz yapı, kafesi döndürdüğünüz sıraya bağlıdır. Bu nitelik, bir nesneyi sırayla bir açı kadar döndürmenin sonucunun değişmez olduğu iki boyutlu sistemlerle tezat oluşturmaktadır.
Bir küpü kendi etrafında döndürmek, Asibiyan olmayan dönüşü göstermeye yardımcı olur. Küp, bir eksen etrafında 90 derece ve başka bir eksen etrafında 45 derece döndürüldüğünde, ters sırayla döndürüldüğünün aksine farklı bir yönelim alır. Bir an için sabit bir kübik kafes ve bükülmüş bir kübik kafes olduğunu düşünün.
Döndürmenin önce gerçekleşip gerçekleşmediğine bağlı olarak, ortaya çıkan 3D moiré kafesleri birleştirildiğinde farklı yapılar sergileyecektir. Bu karmaşıklık sayesinde daha geniş bir yelpazede kristal yapılar ve buna bağlı olarak malzeme nitelikleri elde edilebilir. Bilim insanları, bu Asebiyanik olmayıştan yararlanarak, çeşitli kristal simetrilerinin atomlar, fotonlar ve elektronlarla etkileşimlerini incelemek ve mevcut olanları değiştirerek yeni malzemeler “sentezlemek” için ellerinde güçlü bir silaha sahiptir.
Wang ve meslektaşlarının gerçekleştirilebilir 3D moiré kristal yapılarının çeşitliliğinin matematiksel kanıtı, Abelyen olmayan fiziğin mümkün kıldığı sonuçlara ilgi çekici bir bakış sağlıyor. Bunlar arasında Weyl noktalarının varlığı üç boyutlu kristallere özgü bir özellik olarak öne çıkmaktadır.
İki boyutlu kristallerdeki Dirac noktaları gibi, Weyl noktaları da doğrusal olarak dağılan enerji bantlarının buluşma yerleridir. Topolojik olarak korunan yüzey durumları ve kiral anomaliler, Weyl noktalarını içeren bir enerji bandı yapısına sahip bir malzeme sentezlendikten sonra araştırılabilecek büyüleyici fenomenler arasındadır. Weyl noktaları üretebilen bir dizi karmaşık üç boyutlu yapı son yıllarda akademisyenler tarafından geliştirilmiş ve uygulanmıştır.
Wang ve meslektaşlarının şaşırtıcı sayısal çalışması, 3D moiré kristallerinin yalnızca iki kübik kafesin bükülmesiyle üretilebileceğini ve bu kristallerin çok sayıda Weyl noktası ve düğüm çizgisi içerdiğini göstermektedir. Topolojik malzemeler ve egzotik durumlar üretmenin alternatif bir yolu da bu çalışmada gösterildiği gibi 3D moiré kafesleridir.
Wang ve arkadaşları, bu konfigürasyonların çeşitli kristal simetrileriyle ilgili önemsiz bant yapılarının daha iyi incelenmesini sağlayabileceği ultra soğuk atomlar için 3D moiré kafesleri önermektedir. Bununla birlikte, bu fikir geniş bir uygulanabilirliğe sahiptir ve optik ve akustik gibi alanlara uygulandığında çok sayıda yeni olasılığın önünü açabilir.
Üç boyutlu moiré kristallerinin periyodik olmayan veya orantısız fazlarda, yani öteleme değişmezliği özelliği olmayan kristallerde araştırılması, gelecekteki araştırmalar için ilginç bir yöndür. Wang tarafından yapılan mevcut araştırma sadece periyodik veya orantılı fazı dikkate almaktadır. 3D uzayda bulunan yerelleştirilmiş dalga paketlerinin var olup olmadığı, 3D periyodik olmayan hareli kristaller hakkında açık bir sorudur. İki boyutta bu tür dalga paketlerinin var olduğu bilinmektedir. Üç boyutlu bir sistemdeki üç bükülme derecesinin her birini bağımsız olarak ayarlama yeteneği, bir düzlemde yerelleştirirken bir dalganın yayılmasını yönlendirmek için heyecan verici olanaklar sunar. Tamamen yeni bir kavite oluşturarak bu, dalga lokalizasyonu için yeni bir yöntem ve daha sonra yenilikçi dalga kılavuzlama yoluyla buna erişim sağlayabilir.
Ayrıca, 3D moiré yapısına sahip bir kafeste ortaya çıkabilecek 2D ve 3D doğrusal olmayan fenomenler arasındaki farkları araştırmak ilgi çekici olacaktır. Daha yüksek boyutlu solitonların büküm kontrollü yaratımı gibi bazı yeni özellikler, optik Kerr doğrusal olmayanlığı veya iki cisim etkileşimlerinin bir sonucu olarak Bose-Einstein yoğuşmalarında ortaya çıkabilir. 3D moiré kafeslerini içeren bu büyüleyici olasılıkların yakında teorik ve deneysel atılımlar görmesi bekleniyor.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v17/147
