近日消息，英國謝菲爾德大學的物理學家發(fā)現(xiàn)，當兩個原子級薄的石墨烯類材料相互疊加時，它們的性質(zhì)會發(fā)生變化，并且出現(xiàn)具有新型混合特性的材料，為新材料和納米器件的設(shè)計鋪平了道路。

這種情況發(fā)生時，沒有物理混合兩個原子層，也沒有通過化學反應(yīng)，而是通過弱的所謂的范德華相互作用將層彼此連接- 類似于膠帶如何附著到平坦表面上。

在《Nature》發(fā)表的突破性研究中，科學家們還發(fā)現(xiàn)，通過扭轉(zhuǎn)兩個堆疊的原子層可以精確控制新混合材料的性質(zhì)，為未來在納米級的復合材料和器件中實現(xiàn)自由度的控制開辟了道路。

堆疊不同種類的層狀材料以制造所謂的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的想法可以追溯到20世紀60年代，當時研究半導體砷化鎵用于制造微型激光器 – 現(xiàn)在以及被人們廣泛使用。

今天，異質(zhì)結(jié)構(gòu)是非常常見的，并且在半導體工業(yè)中被廣泛用作設(shè)計和控制器件中的電子和光學性質(zhì)的工具。最近，在原子級薄的二維（2-D）晶體（例如石墨烯）時代，出現(xiàn)了新型的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中原子級薄層通過相對較弱的范德華力保持在一起。

被人們稱為“范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)”的新結(jié)構(gòu)通過將任意數(shù)量的原子級薄層堆疊在一起，開辟了創(chuàng)造眾多“元”材料和新型設(shè)備的巨大潛力。傳統(tǒng)的三維材料無法實現(xiàn)數(shù)百種組合，而這種新結(jié)構(gòu)可能會獲得新的未開發(fā)的光電器件功能或不尋常的材料特性。

在這項研究中，研究人員使用了由所謂的過渡金屬二硫化物（TMD）制成范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這是一種常見的的層狀材料。它的三維體積形式有點類似于石墨 （鉛筆芯中使用的材料），可以提取單個2-D原子碳層石墨烯。

研究人員發(fā)現(xiàn)，當兩個原子級薄的半導體TMD在一個結(jié)構(gòu)中組合時，它們的特性會發(fā)生雜化。來自謝菲爾德大學的亞歷山大·塔爾塔科夫斯基教授說：“這些材料相互影響并改變彼此的屬性，必須被視為一種具有獨特屬性的全新’元’材料 – 所以一加一不等于二。

“我們還發(fā)現(xiàn)，這種雜化的程度很大程度上取決于每層各個原子晶格之間的扭曲。我們發(fā)現(xiàn)，當原子層扭曲時，新的超原子周期性出現(xiàn)在異質(zhì)結(jié)構(gòu)中 – 稱為莫爾超晶格。”

“莫爾超晶格，其周期取決于扭曲角度，決定了兩種半導體的特性如何雜化?！?/p>

在其他研究中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并研究了類似的效應(yīng)，主要是在石墨烯中，石墨烯是二維材料族的“創(chuàng)始”成員。最新研究表明，其他材料，特別是半導體如TMD，顯示出強烈的雜化，此外還可以通過扭轉(zhuǎn)角來控制。

科學家們相信這項研究顯示了創(chuàng)造新型材料和設(shè)備的巨大潛力。

Tartakovskii教授補充說：“范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)構(gòu)中原子級薄材料之間相互作用的復雜情況越來越多。這令人興奮，因為它提供了獲得更廣泛的材料特性的機會，例如不尋常和扭曲可調(diào)的導電性和光學響應(yīng)，磁性等。在設(shè)計新的基于2-D的設(shè)備時，這可以并將被用作新的自由度?！毖芯咳藛T希望進一步研究以探索更多的材料組合，以了解新方法的功能。