加州大学伯克利分校的卡拉·科曼 加州大学伯克利分校和伯克利实验室的研究人员创造了一种新的晶体，这种晶体是由原子级薄的硫化锗薄片螺旋堆积而成的
信用:加州大学伯克利分校的形象由柳荫 手指轻轻一扭，就可以从一副纸牌中创造出一个美丽的螺旋
同样，加州大学伯克利分校和劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家创造了新的无机晶体，这些晶体由原子级薄片堆叠而成，出人意料地呈螺旋状，就像纳米级的卡片组
研究人员说，他们令人惊讶的结构，发表在6月20日星期三在线发表在《自然》杂志上的一项新研究中，可能会产生独特的光学、电子和热学性质，包括超导性
这些螺旋晶体是由锗硫化物堆叠而成的，锗硫化物是一种半导体材料，像石墨烯一样，很容易形成只有几个原子甚至一个原子厚的薄片
这种“纳米片”通常被称为“二维材料”
" “没有人预料到二维材料会以这种方式生长
这就像是一份惊喜的礼物，”加州大学伯克利分校材料科学与工程助理教授姚杰说
“我们相信它可能会给材料研究带来巨大的机遇
" 虽然晶体的形状可能类似于脱氧核糖核酸，脱氧核糖核酸的螺旋结构对其携带遗传信息的工作至关重要，但它们的底层结构实际上是非常不同的
不像“有机”的脱氧核糖核酸主要由熟悉的原子如碳、氧和氢构成，这些“无机”晶体由元素周期表中更远的元素构成——在本例中是硫和锗
尽管有机分子经常呈现出各种奇怪的形状，但由于其主要成分碳的独特性质，无机分子更倾向于直而窄
为了创造扭曲的结构，研究小组利用了一种被称为螺旋位错的晶体缺陷，这是有序晶体结构中的一个“错误”，给了它一点扭曲力
这是以科学家约翰·D·命名的“艾什尔比·崔斯特”
艾舍比已经被用来制造像松树一样盘旋的纳米线
但是这项研究是首次使用艾舍比扭曲来制造由原子级薄半导体堆叠的二维层构成的晶体
螺旋晶体可能会产生令人惊讶的新特性，比如超导性
信用:加州大学伯克利分校的形象由柳荫 “通常，人们讨厌材料中的缺陷——他们想要一个完美的晶体，”姚说，他也是伯克利实验室的一名教员
“但事实证明，这一次，我们不得不感谢缺陷
它们允许我们在材料层之间创建一个自然的扭曲
" 在去年的一项重大发现中，科学家报告称，当两片原子般薄的石墨烯材料堆叠并以所谓的“神奇角度”扭曲时，石墨烯就会变成超导的
“虽然其他研究人员已经成功地一次堆叠两层，但这篇新论文提供了一种以连续扭曲的方式合成数十万甚至数百万层厚的堆叠结构的方法
该论文的第一作者、加州大学伯克利分校材料科学与工程研究生柳荫说:“我们观察到扭曲晶体中离散台阶的形成，这些台阶将平滑扭曲的晶体转变成圆形阶梯，这是一种与埃舍尔比扭曲机制相关的新现象。”
“令人惊讶的是，材料之间的相互作用会产生许多不同的、美丽的几何图形
" 通过调整材料合成条件和长度，研究人员可以改变层与层之间的角度，创造出一种像弹簧一样紧密的扭曲结构，或者像展开的细绳一样松散的扭曲结构
虽然研究小组通过生长硫化锗的螺旋晶体演示了这项技术，但它也可能用于生长其他材料层，这些材料层形成类似的原子薄层
埃舍尔比扭曲纳米线显微照片(插图)自发生长成微尺度的类DNA结构
学分:劳伦斯·伯克利国家实验室 该论文的高级理论家、材料科学与工程系主任达里尔·克雷赞(Daryl Chrzan)说:“这种扭曲的结构是由储存的能量和两个材料层相对滑动的能量成本之间的竞争造成的。”
“没有理由期望这种竞争仅限于硫化锗，类似的结构在其他二维材料系统中应该是可能的
" “这些层状材料的扭曲行为，通常只有两层以不同的角度扭曲，已经显示出巨大的潜力，并吸引了物理和化学界的大量关注
现在，发现所有这些扭曲的层结合在我们的新材料中，它们是否会显示出与这些材料的常规堆叠完全不同的材料特性，变得非常有趣，”姚说
“但目前，我们对这些性质的理解非常有限，因为这种材料是如此的新
新的机会在等着我们
"
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