马里兰大学巴尔的摩分校 从左到右:法蒂赫·埃尔桑、坎·阿塔卡、格雷西·邱晨、杰伦·克罗普和丹尼尔·韦恩斯，都是阿塔卡研究小组的成员，他们在讨论他们在2D材料方面的工作
这些材料是一个原子厚的薄片，对于从计算机到太阳能电池和可穿戴电子设备的应用来说具有有用的特性
荣誉:UMBC的玛拉娜·德蒙 物理学助理教授UMBC的卡·阿塔卡解释说，新的二维材料有潜力改变技术，应用范围从太阳能电池到智能手机和可穿戴电子设备
这些材料由单层原子结合成晶体结构
事实上，它们非常薄，一堆1000万个只有1毫米厚
阿塔卡说，有时候，少即是多
一些二维材料比类似的厚得多的材料更有效
然而，尽管二维材料有其优点，但目前制造起来既困难又昂贵
这意味着试图创造它们的科学家需要谨慎选择如何在发展中投入时间、精力和资金
丹尼尔·韦恩斯博士的新研究
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阿塔卡为这些科学家提供了他们在该领域从事高影响力研究所需的信息
他们的理论工作提供了可靠的信息，说明哪些新材料可能具有广泛应用的理想特性，以及在自然界中哪些材料可能以稳定的形式存在
在最近发表在《美国化学学会应用材料与界面》上的一篇论文中，他们使用尖端的计算机建模技术来预测现实生活中尚未制造的二维材料的特性
“我们通常试图领先实验学家五年左右，”韦恩斯说
这样，他们可以避免陷入昂贵的死胡同
“他们可以把时间、精力和金钱用在其他事情上
" 完美的组合 这篇新论文的重点是被称为第三族氮化物的二维材料的稳定性和性质
这些是氮和元素周期表第三族元素的混合物，包括铝、镓、铟和硼
科学家已经少量制造了一些二维材料
然而，韦恩斯和阿塔卡没有研究第三族元素之一与氮的混合物，而是模拟了合金——包括氮和两种不同的第三族元素的混合物
例如，他们预测了主要由铝制成的材料的性质，但是添加了一些镓，或者主要是镓，但是添加了一些铟
这些“中间”材料可能具有在某些应用中有用的中间性质
“通过这种合金化，我们可以说，我有橙光，但我有能吸收红光和黄光的材料，”阿塔卡说
"那么，我怎样才能把它混合起来，让它吸收橙色的光呢？"例如，调整这些材料的光吸收能力可以提高太阳能系统的效率
未来的合金 Ataca和Wines还研究了材料的电学和热电特性
如果一种材料在一边冷而另一边热时能发电，它就具有热电能力
基本的第三族氮化物具有热电特性，“但是在一定浓度下，合金的热电特性比基本的第三族氮化物更好，”阿塔卡说
韦恩斯补充道，“这是进行合金化的主要动机——性能的可调性
" 他们还表明，并非所有的合金在现实生活中都是稳定的
例如，任何浓度的铝和硼的混合物都不稳定
然而，五种不同比例的镓铝混合物是稳定的
一旦基本的第三族氮化物的生产变得更加可靠并扩大规模，瓦恩斯和阿塔卡希望科学家们能够以他们的研究结果为指导，致力于为特定应用设计材料
回归基本
用超级计算机 Wines和Ataca使用超级计算机模拟了这些材料的特性
“我们不是使用实验数据作为他们模型的输入，而是使用量子力学的基础来创造这些属性
所以好的一面是我们没有任何实验偏见，”阿塔卡说
“我们正在研究以前没有任何实验证据的东西
所以这是一个值得信赖的方法
" 要获得最准确的结果，需要大量的计算能力和很长的时间
以最高精度运行他们的模型可能需要几天时间
“这有点像讲故事，”韦恩斯说
“我们通过最基本的一级筛选材料”，只需要大约一个小时
“然后我们使用最强大的计算机，达到最高的精确度，尽可能找到最精确的参数
" “我认为这些研究的美妙之处在于，我们从基础开始，并在我们的领域达到了最精确的水平，”阿塔卡补充道
“但我们总是可以要求更多
" 新领域 他们继续向未知的科学领域前进
在另一篇论文中，发表在《美国化学学会应用材料与界面》第一期的一周内，物理学教授狄奥多西娅·高古西；Jaron Kropp，博士
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20、物理；阿塔卡展示了一种将二维材料集成到真实设备中的方法
二维材料通常需要附着到器件内的电子电路上
建立这种联系需要一个中间层——团队找到了一个有效的中间层
“我们有一种分子可以做到这一点，可以与材料连接，以便将其用于外部电路应用，”阿塔卡说
这个结果对于二维材料的实现来说是一件大事
“这项工作将二维原子晶体表面过程的基础实验研究与系统的详细计算评估结合起来，”高古思说
“它为设备社区提供指导，使他们能够成功地将新型材料集成到传统设备架构中
" 跨学科合作 这项工作的理论分析发生在阿塔卡的实验室，实验发生在高古思的实验室
克鲁普在两个小组都工作过
“这个项目体现了科学技术发展和进步所需要的协同作用，”高古兹说
“这也是一个很好的例子，说明我们的研究生有机会研究具有重大技术意义的问题，并发展广泛的知识基础和一套独特的技术技能
" Kropp是第二篇论文的第一作者，他很高兴有这样的研究经历
“二维半导体令人兴奋，因为它们有潜力应用于非传统电子设备，如可穿戴或柔性电子设备，因为它们太薄了，”他说
“我很幸运有两位优秀的顾问，因为这使我能够无缝地将实验和理论工作结合起来
我希望这项工作的结果可以帮助其他研究人员开发基于二维材料的新设备
"
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