巴斯大学 这种可视化显示了用于膜的石墨烯层
学分:曼彻斯特大学 巴斯大学的科学家朝着理解堆叠排列的原子级薄材料层之间的相互作用迈出了重要的一步
他们希望他们的研究能加速新的人造材料的发现，从而设计出比今天已知的任何东西都更小、更高效的电子元件
在电子电路领域，体积越小越好，但硅元件在不过热和不解体的情况下缩小的程度是有限制的，我们很快就能实现
研究人员正在研究一组可以组装成叠层的原子级薄材料
任何最终材料的性质都取决于原材料的选择和一层在另一层上排列的角度
医生
领导物理系研究的马辛·穆卡-克鲁琴斯基说:“我们已经找到了一种方法，可以确定一个叠层中不同层的原子相互耦合的强度，我们已经展示了我们的想法在石墨烯层结构中的应用
" 巴斯的研究发表在《自然通讯》上，基于早期对石墨烯的研究——石墨烯是一种晶体，其特征是排列成蜂窝状的碳原子薄片
2018年，麻省理工学院(MIT)的科学家发现，当两层石墨烯堆叠在一起，然后以1°的“神奇”角度相对扭曲时
1，他们生产一种具有超导性质的材料
这是科学家第一次创造出完全由碳制成的超级导电材料
然而，随着两层石墨烯之间角度的最小变化，这些特性消失了
自从麻省理工学院的发现以来，世界各地的科学家一直试图将这种“堆叠和扭曲”现象应用于其他超薄材料，将两种或更多种原子上不同的结构放在一起，希望形成具有特殊质量的全新材料
“在自然界中，你找不到每个原子层都不同的材料，”博士说
穆卡-克鲁琴斯基
“此外，两种材料通常只能以一种特定的方式组合在一起，因为层间需要形成化学键
但是对于像石墨烯这样的材料，只有同一平面上的原子之间的化学键是强的
平面之间的力——也就是众所周知的范德瓦尔斯相互作用——很弱，这使得材料层可以相互扭曲
" 科学家现在面临的挑战是尽可能高效地发现新的层状材料
通过找到一个公式，让他们能够预测两种或两种以上材料堆叠时的结果，他们将能够极大地简化他们的研究
正是在这个地区，博士
牛津大学、北京大学和意大利ELETTRA同步加速器的穆卡-克鲁琴斯基和他的合作者希望有所作为
“材料组合的数量和它们可以扭曲的角度太大，无法在实验室进行试验，所以我们能预测的很重要，”博士说
穆卡-克鲁琴斯基
研究人员已经表明，两层之间的相互作用可以通过研究三层结构来确定，其中两层是组装在一起的，就像你在自然界中可能发现的那样，而第三层是扭曲的
他们使用角度分辨光电发射光谱来确定两个碳原子在给定距离内的耦合强度。在这个过程中，强光从样品中发射电子，从而可以测量电子的能量和动量，从而提供对材料特性的洞察
他们还证明了他们的结果可用于预测由相同层制成的其他叠层的特性，即使层之间的扭曲不同
像石墨烯这样已知的原子级薄材料的清单一直在增长
它已经包含了几十个条目，展示了从绝缘到超导，从透明到光学活性，从脆性到柔韧性的广泛属性
最新的发现提供了一种方法，可以通过实验来确定这些材料层之间的相互作用
这对于预测更复杂堆的特性和新设备的有效设计是至关重要的
医生
穆卡-克鲁琴斯基认为，新的堆叠和扭曲的材料可能需要10年才能找到实际的日常应用
他说:“石墨烯花了十年时间才从实验室变成通常意义上有用的东西，所以带着一丝乐观，我预计类似的时间表也适用于新材料。”
在他最新研究结果的基础上，博士
穆卡-克鲁琴斯基和他的团队现在正专注于由过渡金属二硫化物层制成的扭曲堆(一大组材料包含两种非常不同类型的原子——一种金属和一种硫属元素，如硫)
这些堆栈中的一些显示了科学家们还无法解释的迷人的电子行为
“因为我们处理的是两种截然不同的材料，所以研究这些堆栈很复杂，”博士解释说
穆卡-克鲁琴斯基
“然而，我们希望我们能够及时预测各种堆栈的属性，并设计新的多功能材料
"
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