具備全新電子特性的晶間材料發(fā)現

據最新一期《自然·材料》報道，美國羅格斯大學(xué)新不倫瑞克分校團隊發(fā)現了一類(lèi)新型材料——晶間。這類(lèi)材料展現出一種此前未被發(fā)現的電子特性，可能為更高效的電子元件、量子計算以及環(huán)保材料的發(fā)展帶來(lái)突破。

　　這項發(fā)現依托于現代物理學(xué)中的“扭曲電子學(xué)”技術(shù)，即通過(guò)以特定角度扭曲二維材料層來(lái)形成摩爾紋結構，從而改變材料內部電子的行為。這些特殊的結構配置可產(chǎn)生常規晶體中無(wú)法實(shí)現的新奇物理特性。

　　團隊首先將兩層超薄石墨烯堆疊在一起，每層都是一原子厚的碳原子片，排列成六邊形網(wǎng)格結構。隨后，他們在一層由硼和氮組成的六方晶體材料——六方氮化硼上，對其中一層石墨烯進(jìn)行輕微的扭曲。結果這種微小的錯位形成了類(lèi)似摩爾紋的圖案，類(lèi)似于兩個(gè)細網(wǎng)屏重疊時(shí)出現的視覺(jué)效果。正是這種層間的細微結構變化，顯著(zhù)改變了電子在材料中的傳輸行為。

　　這一發(fā)現為材料設計開(kāi)辟了全新路徑。新材料之所以被命名為晶間，是因為它們兼具晶體與準晶體的特征。它們像準晶體一樣具有非周期性的結構圖案，卻又保留了傳統晶體的某些對稱(chēng)性。晶間材料使科學(xué)家能夠僅通過(guò)調整幾何結構來(lái)控制電子的行為，而不必依賴(lài)于改變材料的化學(xué)成分。通過(guò)深入研究和調控晶間材料中電子的獨特性質(zhì)，科學(xué)家有望開(kāi)發(fā)出更高效的晶體管、傳感器等電子器件，而這些功能以往需要更復雜的材料組合和加工工藝才能實(shí)現。

　　晶間材料的特性可能導致一系列新穎和異常的物理現象，例如超導性和磁性。它還有望用于低能耗電子器件和原子級傳感器，在量子計算機的構建中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并能為新一代消費電子產(chǎn)品提供動(dòng)力。未來(lái)還有望設計出完整的電子電路，其中每一項功能，如開(kāi)關(guān)、傳感、信號傳輸等，都可以通過(guò)調節原子級別的幾何結構來(lái)實(shí)現，晶間材料或將成為這類(lèi)未來(lái)技術(shù)的核心基礎。

　　扭一扭，新功能都有?？茖W(xué)家把兩層超薄石墨烯疊在一起，讓其中一層輕微扭動(dòng)，如同把兩張紗網(wǎng)錯開(kāi)疊放，形成波紋圖案，這改變了材料內部電子的運動(dòng)方式，使其具有“超能力”。這種材料既像普通晶體，又像準晶體，于是被稱(chēng)為“晶間”。只需調整原子排列結構，就能控制電子行為?？茖W(xué)家設想，用這種材料設計原子級電路，所有功能都可通過(guò)“結構變形”實(shí)現。未來(lái)，它還可成為高效電子設備、量子計算機甚至環(huán)?？萍嫉幕A材料。