使用Chaos作为工具：科学家发现制作3D异性结构的新方法

美国能源部的科学家们的AMES实验室及其来自爱荷华州立大学的合作者开发了一种新的方法，用于产生分层，难以结合的异性结构固体。由不同的构建块层组成的异质结构，显示独特的电子传输和由结构不同的构建块之间的量子相互作用来控制的独特的电子传输和磁性，以及开辟用于电子和能源应用的新途径。

制造它们的技术很简单，并违反 - 它涉及粉碎原始材料来构建新的材料。该技术称为机械化学，使用球磨以分开结构上不称称的固体 - 没有匹配原子布置的固体 - 并将它们重新组装成独特的三维（3D）“错配”异质组件。通过碾磨粉碎的东西似乎是实现原子序排序最不合理的方式，但它结果比科学家自己想象更成功。

“我的一位同事说，我们的想法将是天真或辉煌的，”Viktor Balema，Ames Laboratory高级科学家。“在机械研磨过程中，我们在机械研磨过程中发现了层状金属二甲甲基化物（TMDC）的随机重新装入3D异质组件。它是对我们来说完全惊喜，并引发了通过机械化学加工的原子序的可能性的好奇心。“

AMES实验室的制造异质结构的技术涉及粉碎原始材料来构建新的材料。该技术称为机械化学，使用球磨以分离结构上不称服固体并重新组装。

金属硫属元素化物在其性质和用途中通常是独特的。它们可以显示出色的电子传输行为，从完全缺乏导电性，对超导，光照和热电性能，机械柔韧性，以及尤其是形成稳定的二维单层，三维异质结构和其他纳米缩放量子材料的能力。

“纳米管形式的纳米管形式（Ferecrystals）和剥离片材的纳米结构已经进行了调查了十年来，并且提供了丰富的研究领域，并可能在可再生能源，催化和光电子中提供令人兴奋的应用。韦斯曼科学，以色列科学研究所的荣获托纳，以及纳米结构合成专家。“它们的大型应用的一个障碍是高温和冗长的生长过程，这对于大规模应用是禁止的。除了科学实验室，Balema Group开发的机械化学过程除了科学上进行刺激，让我们更接近实现这些有趣材料的脚踏应用。“

通常，使用两种不同的合成方法制造这些复杂的材料，尤其是具有最异常结构和性质的材料。首先，称为自上而下的合成，采用二维（2D）构建块来使用添加剂制造技术来组装它们。主要定义为自下而上合成的第二种方法使用涉及纯元素或小分子的逐步化学反应，其彼此顶部沉积疏远单层。两者都是艰苦的，并且具有其他缺点，例如在现实世界应用中使用的可扩展性差。

AMES实验室团队将这两种方法结合到一种机械化学过程中，即使它们的晶体结构不适合彼此（即错配），即使它们的晶体结构不适合，即使它们的晶体结构不符合较好（即错配），也可以将原料分解并将原料重新聚集成新的异质结构。理论（DFT）计算，由X射线衍射，扫描透射电子显微镜，拉曼光谱，电子传输研究的结果支持，并且是第一次固态核磁共振（NMR）实验，解释了该机制在机械加工过程中重组前体材料和新型3D异质结构后面的驱动力。

“固态NMR光谱是一种理想的技术，用于表征从机械化学中获得的粉末材料，”爱荷华州立大学的Ames实验室科学家和化学教授。“通过将从固态NMR光谱获得的信息与其他表征技术组合，我们能够获得3D异质结构的完整图像。”

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参考：“通过机械化学拆卸和再排序所需的3D异质结构，通过Oleksandr dolotko，ihor Z.Hlova，Arjun K.Pailak，yaroslav Mudryk，Vitalij K.Pecharsky，Prashant Singh，Duane D. Johnson，Brett W.Boote，景哲李，艾米莉A.史密斯，斯科特L.Carnahan，亚伦J. Rossini，林周，Ely M. Eastman和Viktor P. Balema，2020年6月12日，自然传播.DOI：
10.1038 / S41467-020-16672-0

在AMES实验室的2019年实验室导向的研究和开发（LDRD）计划的主持下进行了实验合成工作。理论支持，固态NMR光谱，结构和物理性质表征努力由美国能源部（DOE）科学厅提供资金。

艾姆斯实验室（Ames Laboratory）是由爱荷华州立大学（Eowa State University）运营的美国能源部科学办公室国家实验室。艾姆斯实验室创造创新的材料，技术和能源解决方案。我们利用我们的专业知识，独特的能力和跨学科的合作来解决全球性问题。

美国能源部科学办公室是美国物理科学基础研究的最大支持者，并且致力于解决当今时代最紧迫的挑战。