近日消(xiao)息，英國謝菲爾德大(da)學的物理學家(jia)發現，當(dang)兩個原(yuan)子級薄(bo)的石墨烯類材(cai)料(liao)相互疊加(jia)時，它們(men)的性(xing)質會發生(sheng)變化(hua)，并且出現具有新型混合特(te)性(xing)的材(cai)料(liao)，為新材(cai)料(liao)和納米器件的設計鋪平了道路。

這(zhe)種情況發生時，沒有物理(li)混(hun)合兩個原子(zi)層，也沒有通過化學反應，而(er)是通過弱的(de)所謂的(de)范德(de)華相互作用將層彼此(ci)連接- 類似于(yu)膠帶如何附著到平坦(tan)表面上。

在(zai)《Nature》發(fa)表的(de)突(tu)破性(xing)(xing)研究中(zhong)，科(ke)學(xue)家們還發(fa)現，通過扭(niu)轉兩個堆疊的(de)原子層可以精確控(kong)(kong)制(zhi)新混合材料的(de)性(xing)(xing)質，為未(wei)來在(zai)納米級的(de)復(fu)合材料和(he)器件中(zhong)實現自由度的(de)控(kong)(kong)制(zhi)開辟了道路。

堆疊不(bu)同種類的(de)層(ceng)狀材(cai)料以制(zhi)造(zao)(zao)所謂的(de)異(yi)質結構的(de)想法可以追溯到20世紀60年代(dai)，當時研究半導體砷化鎵用(yong)于制(zhi)造(zao)(zao)微型激光(guang)器 – 現在(zai)以及被人們廣(guang)泛使用(yong)。

今天，異(yi)質結構(gou)是非常常見的(de)(de)，并且在(zai)半導(dao)體工業中(zhong)被廣泛(fan)用作設計(ji)和控制器件中(zhong)的(de)(de)電子(zi)和光學性質的(de)(de)工具。最近，在(zai)原(yuan)子(zi)級(ji)薄的(de)(de)二維（2-D）晶(jing)體（例如(ru)石墨烯）時代，出現了新型(xing)的(de)(de)異(yi)質結構(gou)，其中(zhong)原(yuan)子(zi)級(ji)薄層通過相對較弱的(de)(de)范(fan)德華力保持在(zai)一起。

被人(ren)們稱(cheng)為“范(fan)德瓦爾(er)斯異質結(jie)構”的(de)(de)新結(jie)構通(tong)過將(jiang)任意數量的(de)(de)原子(zi)級薄層堆(dui)疊在一(yi)起，開辟了創造眾(zhong)多“元”材料(liao)和新型設備的(de)(de)巨大潛力。傳統的(de)(de)三維材料(liao)無(wu)法實現數百種組合(he)，而這種新結(jie)構可(ke)能(neng)會(hui)獲得新的(de)(de)未(wei)開發的(de)(de)光電器件功能(neng)或(huo)不尋常的(de)(de)材料(liao)特性。

在這項研究中，研究人(ren)員(yuan)使用(yong)了由所(suo)謂的(de)(de)過渡金屬(shu)二硫化物（TMD）制成范德瓦爾斯異質結構，這是一種常(chang)見的(de)(de)的(de)(de)層狀材料。它的(de)(de)三(san)維體積形式有點(dian)類似于石墨(mo) （鉛筆芯(xin)中使用(yong)的(de)(de)材料），可以提取單個2-D原子碳層石墨(mo)烯。

研究人員(yuan)發現，當兩個原(yuan)子級薄的半導體TMD在(zai)一個結構中組合(he)時，它們(men)的特性會發生雜化(hua)。來自謝(xie)菲爾德大(da)學(xue)的亞歷山大(da)·塔爾塔科夫斯基(ji)教授(shou)說：“這些(xie)材料相互(hu)影響(xiang)并改變(bian)彼此的屬性，必須被視為一種具有獨特屬性的全新(xin)’元’材料 – 所(suo)以一加(jia)一不等于二。

“我們還發(fa)現，這種雜(za)化的(de)程(cheng)(cheng)度很大程(cheng)(cheng)度上(shang)取(qu)決于每(mei)層各個原(yuan)子晶格之間(jian)的(de)扭(niu)曲(qu)。我們發(fa)現，當(dang)原(yuan)子層扭(niu)曲(qu)時，新的(de)超原(yuan)子周(zhou)期性出現在異質結構中 – 稱為莫爾(er)超晶格。”

“莫爾超晶格，其周期取決于扭曲角度(du)，決定(ding)了(le)兩種半導(dao)體的特(te)性(xing)如何雜化(hua)。”

在其(qi)他(ta)(ta)研(yan)(yan)究中，已經發現(xian)并研(yan)(yan)究了類似(si)的(de)效應，主(zhu)要是(shi)在石墨烯(xi)(xi)中，石墨烯(xi)(xi)是(shi)二維(wei)材料族(zu)的(de)“創始”成(cheng)員(yuan)。最(zui)新(xin)研(yan)(yan)究表(biao)明，其(qi)他(ta)(ta)材料，特別是(shi)半導體如TMD，顯(xian)示出強(qiang)烈(lie)的(de)雜化，此外還可(ke)以通過(guo)扭轉角來(lai)控制(zhi)。

科學家們相(xiang)信這(zhe)項研(yan)究(jiu)顯示了創造新(xin)型材(cai)料(liao)和設備(bei)的巨大潛力。

Tartakovskii教授補充說：“范德(de)瓦(wa)爾(er)斯異質結(jie)構中原子級(ji)薄材(cai)(cai)料之(zhi)間相互作用的(de)(de)復雜情況越來越多。這(zhe)令(ling)人(ren)興奮，因(yin)為它提(ti)供了獲得更(geng)廣泛(fan)的(de)(de)材(cai)(cai)料特性的(de)(de)機會，例如(ru)不尋常和扭曲可調的(de)(de)導(dao)電性和光學響(xiang)應，磁性等。在(zai)設(she)計新的(de)(de)基于(yu)2-D的(de)(de)設(she)備(bei)時，這(zhe)可以(yi)并將被用作新的(de)(de)自由(you)度。”研究人(ren)員(yuan)希望進一步研究以(yi)探索(suo)更(geng)多的(de)(de)材(cai)(cai)料組合，以(yi)了解新方法的(de)(de)功能。