作者:大卫·L
麻省理工学院钱德勒 描述:这些沉积在二维硫化钼层上的金原子“岛”图像是通过两种不同的模式产生的，使用了新麻省理工学院的一种新的扫描隧道电子显微镜
纳米设备
通过结合两种不同模式的数据，研究人员能够计算出两种材料相遇时原子的三维排列
学分:麻省理工学院 近年来，工程师们已经找到了改变一些“二维”材料性质的方法，这些材料只有一个或几个原子厚，方法是将两层材料堆叠在一起，并相对于另一层材料稍微旋转一点
这就产生了所谓的云纹图案，在这种图案中，两片之间原子排列的微小移动会产生更大的图案
它也以潜在有用的方式改变了电子穿过材料的方式
但是对于实际应用来说，这种二维材料必须在某一点上与普通的三维材料世界相联系
由麻省理工学院研究人员领导的一个国际团队现在已经提出了一种方法，可以对这些界面上发生的事情进行成像，一直到单个原子的水平，并且可以将二维-三维边界上的云纹图案与材料特性的变化联系起来
今天，麻省理工学院的研究生凯特·雷迪和圣乔治·瓦尔纳维斯，材料科学和工程学教授弗朗西斯·罗斯、吉姆·勒博和宝琳娜·阿尼基瓦，以及麻省理工学院、哈佛大学和加拿大维多利亚大学的其他五位教授在《自然通讯》杂志上发表了一篇论文，描述了新的发现
当两个薄片相对于彼此稍微扭曲时，成对的二维材料(如石墨烯或六方氮化硼)会表现出惊人的行为变化
这使得鸡线状的原子晶格形成了云纹图案，这种奇怪的条纹和斑点有时会在拍摄印刷图像或通过纱窗时出现
麻省理工学院艾伦·斯维特·理查兹教授说，在二维材料的情况下，“似乎任何你能想到的有趣的材料特性，你都可以通过相互扭曲二维材料来进行调制或改变。”
她说，虽然这些二维配对已经吸引了全世界的科学关注，但是对于二维材料与常规三维固体相遇会发生什么却知之甚少
“让我们对这个话题感兴趣的是，”罗斯说，“当二维材料和三维材料放在一起时会发生什么
首先，你如何测量界面上和界面附近的原子位置？其次，3-D-2-D和2-D-2-D接口有什么区别？第三，你可以如何控制它——有没有一种方法可以有意识地设计界面结构来“产生想要的性质”？ 弄清楚在这种二维-三维界面上到底发生了什么是一个令人生畏的挑战，因为电子显微镜可以产生样品截面的图像，而且它们提取分析界面结构细节所需的深度信息的能力有限
但是研究小组想出了一套算法，使他们能够从样本图像(看起来有点像一组重叠的阴影)中进行外推，以找出堆叠层的哪种配置会产生复杂的“阴影”
" 该团队利用麻省理工学院的两种独特的透射电子显微镜，实现了世界上无与伦比的能力组合
在这些仪器中的一种中，显微镜直接连接到制造系统，使得样品可以通过沉积过程在现场产生，并立即直接送入成像系统
这是世界上仅有的几个使用超高真空系统的设备之一，该系统在制备二维-三维界面时，可以防止哪怕是最小的杂质污染样品
第二个仪器是位于麻省理工学院新研究机构麻省理工学院的扫描透射电子显微镜
NANOTECHNOLOGY简称
这款显微镜具有出色的高分辨率成像稳定性，以及收集样品信息的多种成像模式
与堆叠的二维材料不同，堆叠的二维材料的方向可以相对容易地改变，只需简单地拿起一层，稍微扭转它，然后再放下它，将三维材料结合在一起的结合就更强了，因此团队必须开发新的方法来获得对齐的层
为了做到这一点，他们在超高真空下将三维材料添加到二维材料上，选择生长条件，使层以特定的扭曲度以可再现的方向自组装
雷迪说:“我们必须发展一种结构，这种结构要以某种方式保持一致。”
生长完材料后，他们必须找出如何揭示不同层的原子结构和方向
扫描透射电子显微镜实际上比平面图像产生更多的信息；事实上，图像中的每一点都包含了电子到达和离开的路径细节(衍射过程)，以及电子在这个过程中损失的任何能量
所有这些数据都可以分离出来，这样图像中所有点的信息都可以用来解码实际的固体结构
这一过程只适用于最先进的显微镜，例如麻省理工学院的显微镜
nano，它产生一个异常狭窄和精确的电子探针
研究人员使用了一种叫做4-D STEM和集成差分相位对比的技术来实现从图像中提取界面处完整结构的过程
然后，瓦尔纳维德斯说，他们问，“现在我们可以在界面上成像完整的结构，这对我们理解这个界面的属性意味着什么？”研究人员通过建模表明，只有在物理理论中包含界面的完整结构时，才能理解电子特性的变化
“我们发现，实际上这种堆叠，即原子在平面外堆叠的方式，确实调节了电子和电荷密度特性，”他说
罗斯说，例如，这些发现可能有助于改善某些微芯片的连接
“设备中使用的每种二维材料都必须存在于三维世界中，因此它必须与三维材料有某种连接，”她说
因此，随着对这些界面的更好理解，以及研究它们的新方法的实施，“我们正以一种有计划的而不是特别的方式来制造具有理想特性的结构
" “所使用的方法有可能从获得的局部衍射模式计算出局部电子动量的调制，”他说，并补充道，“这里显示的方法和研究对材料科学界来说具有突出的未来和高度的兴趣。”
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