扭曲的二维材料：能力非凡，潜力巨大！
最后更新：2020-05-06 13:07:31 手机定位技术交流文章
介绍
根据芬兰阿尔托大学官方网站的一份报告，该大学的研究人员采用了一种转移二硫化钼单原子层的新方法，这种方法可以精确控制层与层之间的扭转角度。这些层的面积可达2平方厘米，从而打破了记录。
背景
2004年，来自英国曼彻斯特大学、安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫的两名科学家使用一种简单的方法从石墨薄片中分离出石墨烯。为此，他们都获得了2010年诺贝尔物理学奖。
(照片来源:tatiana shepeleva/shutter)
石墨烯是一种二维纳米材料，具有由碳原子组成的六角蜂窝结构。它具有良好的导电性和导热性、高机械强度、超薄、透明、柔韧和可弯曲等优点，曾被誉为“新材料之王”。石墨烯的发现也激起了科学家对二维材料研究的热情。
(照片来源:石墨烯旗舰)
二维材料是指电子只能在二维非纳米尺度上自由移动的材料。除了石墨烯，二维材料还包括六方氮化硼、过渡金属化合物(二硫化钼、二硫化钨、二硒化钨)、黑磷等。二维材料具有独特的电学、光学和机械性能，如良好的导电性、柔韧性和强度，因此有望应用于激光、光伏电池、传感器、医疗电子等领域。
由二硫化钼制成的超薄柔性微处理器(照片来源:斯特凡·韦希特/维也纳理工大学)
当一片二维材料放置在另一片二维材料上并轻微旋转时，扭转会从根本上改变双层材料的特性，并导致特殊的物理行为，如高温超导性(用于电气工程)、非线性光学(用于激光和数据传输)和结构超级润滑性(一种研究人员刚刚开始了解的新发现的机械特性)。
例如，2018年，由麻省理工学院物理学副教授巴勃罗·贾里洛-赫雷罗领导的一个团队发现，如果一层石墨烯相对于另一层旋转所谓的“魔角”(1.1)，就可以获得绝缘或超导状态。
(照片来源:麻省理工学院)
对这些特性的研究催生了一个新的研究领域:扭曲电子学，它是“扭曲”和“电子学”的结合。
创新
最近，芬兰阿尔托大学的研究人员与他们的国际同事合作，首次开发出一种方法来生产足够大的扭曲层。他们转移二硫化钼(MoS2)单原子层的新方法可以精确地控制层与层之间的扭转角，并且这些层的面积可以达到平方厘米，因此在尺寸上打破了记录。层间扭转角的大面积控制对扭转电子学未来的实际应用具有重要意义。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。
(照片来源:麻省理工学院)
技术
由于扭转电子学的研究在2018年才刚刚开始，科学家需要进行基础研究，以更好地了解扭转材料的特性，并找到实际应用的方法。最负盛名的科学奖项之一——沃尔夫物理学奖，今年授予拉菲·比斯特里策教授、巴勃罗·贾里洛·赫雷罗教授和艾伦·麦克唐纳教授，以表彰他们今年在逆转电子学方面的开创性工作，预计这将改变这一新兴领域的游戏规则。
以前的研究表明，通过转移法或原子力显微镜针尖操作技术可以制造出小尺寸的所需扭转角。样本大小通常约为10微米，小于人类头发的大小。此外，他们还制作了几层较大的薄膜，但它们的层间扭曲角是随机的。现在研究人员可以使用外延生长和水辅助转移来生长大的薄膜。
价值
该研究的主要作者之一，阿尔托大学的罗俊·杜博士说:“我们演示的扭转方法使我们能够在比以往更大的面积上调整叠层二氧化硅结构的特性。这种转移方法也可以应用于其他二维层状材料
杜说:“因为在转移过程中不需要聚合物，所以我们样品的界面比较干净。通过控制扭转角和超净界面，我们可以调整物理性质，包括低频夹层模式、能带结构和光电性质。”
奥尔托大学教授孙志培说:“的确，这项工作对于指导基于二维材料的旋转电子学的未来应用具有重要意义。”
关键字
扭转电子学，二维材料
参考材料
【1】蒙州廖，郑伟，杜，秦琴王，，华宇，范范吴，赵，徐小志，，刘开慧，，托马斯·波尔卡，孙志培，史冬霞，，。大规模二硫化钼同质结构层间扭转角的精确控制。《自然通讯》，2020年；11(1)DOI:10.1038/s 1467-020-16056-4
【2】https://www . Aalto . fi/en/news/twisting-2d-materials-discovers-super wers-research-presented-twisting-on-record
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