作者是宾夕法尼亚州立大学的杰米·奥贝迪克 异质管二极管的图像:该器件包含二硫化钼半导体外壳(蓝色)，绝缘体hBN外壳(紫色)，覆盖金电极(黄色)的异质纳米管碳纳米管核心(绿色)
荣誉:伊丽莎白·弗洛雷斯-戈麦斯·默里/宾夕法尼亚州立大学 宾夕法尼亚州立大学和东京大学的研究人员表示，一维范德瓦尔斯异质结构是一种由一个原子厚的二维材料层叠而成的异质结构，最近对这种结构的合成可能会产生新的、小型化的电子器件，这在目前是不可能的
工程师通常制造异质结构，以获得单一材料无法提供的新器件特性
范德瓦尔斯异质结构是由2D材料制成的，它们像乐高积木或三明治一样直接堆叠在一起
范德瓦尔斯力是不带电荷的分子或原子之间的吸引力，它将材料结合在一起
据斯拉瓦五世说
宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学前沿教授罗特金说，研究人员制造的一维范德瓦尔斯异质结构不同于工程师迄今为止制造的范德瓦尔斯异质结构
“它看起来像一堆2D分层的材料，卷成一个完美的圆柱体，”罗金说
“换句话说，如果你卷起一个三明治，你把所有的好东西都放在它应该放的地方，不要到处乱动，但在这种情况下，你也把它做成一个很薄的圆筒，非常紧凑，像热狗或长寿司卷
这样，2D材料仍然以期望的垂直异质结构顺序彼此接触，而人们不必担心它们的侧边，所有这些都卷起，这对于制造超小型器件来说是一件大事
" 该团队的研究发表在《美国化学学会纳米》杂志上，研究表明，所有2D材料都可以卷成一维异质结构圆柱体，即所谓的异质纳米管
东京大学的研究人员最近在异质纳米管上制作了电极，并证明了尽管尺寸很大，它也可以作为一个非常小的高性能二极管工作
“二极管是光电子学中使用的一种主要器件——它们是光电探测器、太阳能电池、发光器件等的核心
”罗特金说
“在电子学中，二极管用在几个专门的电路中；虽然电子设备的主要元件是晶体管，但背靠背连接的两个二极管也可以作为开关
" 这为小型化电子器件开辟了一个潜在的新材料类别
“它将2D材料的器件技术带到了一个新的水平，有可能创造出新一代的电子和光电器件，”罗特金说
罗特金对这个项目的贡献是解决了一个特别具有挑战性的任务，即确保他们能够使一维范德瓦尔斯异质结构圆柱体具有所有需要的材料层
“再次使用三明治的类比，我们需要知道我们是否在一个圆柱形三明治的整个长度上有一个‘烤牛肉’的外壳，或者是否有我们只有‘面包’和‘莴苣’外壳的区域，”罗特金说
“缺少中间绝缘层意味着我们在器件合成方面失败了
我的方法明确地显示了中间的壳在设备的整个长度上
" 在规则、平坦的范德瓦尔斯异质结构中，可以很容易地确认某些层的存在或不存在，因为它们是平坦的并且具有大的面积
这意味着研究人员可以使用各种类型的显微镜从大而平坦的区域收集大量信号，因此它们很容易被看到
当研究人员把它们卷起来时，就像一维范德瓦尔斯异质结构一样，它变成了一个非常细的线状圆柱体，很难表征，因为它发出的信号很少，实际上是不可见的
此外，为了证明二极管的半导体-绝缘体-半导体结中绝缘层的存在，人们不仅需要分辨异质纳米管的外壳，还需要分辨被硫化钼半导体外壳完全遮蔽的中间外壳
为了解决这个问题，罗特金使用了散射扫描近场光学显微镜，这是材料研究所的2D晶体联盟的一部分，它可以“看到”纳米级尺寸的物体，并确定它们的材料光学特性
他还开发了一种特殊的数据分析方法，称为纳米分辨率的超光谱光学成像，可以区分不同的材料，从而测试一维二极管沿其整个长度的结构
根据罗特金的说法，这是六方氮化硼(hBN)壳作为异质纳米管的一部分的光学分辨率的首次证明
更大的纯hBN纳米管，由许多没有其他类型材料的hBN壳组成，在过去用类似的显微镜进行过研究
“然而，这些材料的成像与我以前所做的有很大不同，”罗特金说
“有益的结果是展示了我们测量物体光谱的能力，物体是一根只有两纳米厚的金属丝的内壳
这相当于能够看到木头和能够通过铅笔壁认出铅笔内部的石墨棒之间的区别
" Rotkin计划扩展他的研究，扩展超光谱成像，以更好地分辨其他材料，如玻璃、各种2D材料、蛋白质小管和病毒
“这是一种新颖的技术，有望带来未来的发现，”罗特金说
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