物理学家在2D材料交叉处观察到被修正的能量景观

2021年05月10日 16:40 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,英国巴斯大学的物理学家在二维材料的交叉处观察到了经过修改的能量景观。1884年,Edwin Abbott创作了小说《Flatland: A Romance in Many Dimensions(平面国)》。该部小说讽刺了维多利亚时代的等级制度。他在小说中想象了一个只存在于二维空间的世界,那里的生物都是二维的几何图形。

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这样一个世界的物理性质有点类似于现代2D材料如石墨烯和过渡金属二硫属化合物,其中包括二硫化钨(WS2)、二硫化钨(WSe2)、二硫化钼(MoS2)和二硫化钼(MoSe2)。

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现代2D由单原子层组成,虽然电子可以在二维中移动,但它们在第三维的运动则会受到限制。由于这种“挤压”,2D材料增强了光学和电子性能,在能源、通信、成像和量子计算等领域的下一代超薄器件显示出巨大的前景。

通常情况下,对于所有这些应用,2D都被设想成平放排列。然而不幸的是,这些材料的强度也是它们最大的弱点--它们非常薄。这就意味着,当它们被照亮时,光能跟它们相互作用的厚度非常小,这就限制了它们的用途。为了克服这个缺点,研究人员开始寻找新的方法从而将2D材料折叠成复杂的3D形状。

在我们的3D宇宙中,2D材料可以排列在彼此之上。为了扩展《平面国》的比喻,这样的安排实际上代表了一个平行世界,里面居住着注定永远不会相遇的人。

现在,来自英国巴斯大学物理系的科学家们已经找到一种方法来将WS2 2D薄片转变为一个3D结构。这种特殊的3D排列被称为“纳米网”:一种由密密麻麻、随机分布的堆叠组成的网状网络,其中包含扭曲和/或融合的WS2薄片。

在《平面国》中,这类修改将允许人们进入彼此的世界。领导这项研究的Ventsislav Valev教授表示:“我们并不是一开始就想让平面国的居民感到痛苦,但由于我们在2D材料的纳米工程中设计了许多缺陷,这些假设中的居民会发现他们的世界非常奇怪。”

Adelina Ilie博士和她以前的博士生、博士后Zichen Liu一起开发了这种新材料,她指出,改进的能源景观是他们研究的关键,“这证明,将2D材料组装成3D排列不仅会产生‘更厚’的2D材料还会产生全新的材料。我们的纳米网在技术上很容易制造,并且它还提供了可调节的材料属性以满足未来应用的需求。”

Valev教授补充称:“纳米网具有非常强的非线性光学特性--它能有效地将一种激光颜色转换为另一种颜色。我们的下一个目标是将其用于硅波导以开发量子光通信。”

参与了这项研究的Alexander Murphy则表示:“为了揭示修改后的能量景观,我们设计了新的表征方法,我期待着将这些方法应用到其他材料上。谁知道我们还能发现什么呢?”

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