堆叠和扭曲：物理学家加速革命性新材料的狩猎

浴科学家对理解堆叠中的原子薄材料层之间的相互作用进行了重要一步。

沐浴大学的科学家迈出了一个重要的一步，了解在堆叠中排列的原子薄材料层之间的相互作用。他们希望他们的研究能够加快发现新的人造材料的发现，导致电子元件的设计远小，而不是今天所知道的任何东西。

在电子电路世界中，较小总是更好，但是有多大的限制，你可以在没有过热和分开的情况下缩小硅组件，并且我们接近到达它。研究人员正在研究可以组装成叠层的一组原子薄材料。任何最终材料的性质都取决于原材料的选择以及一层布置在另一层的角度。

Marcin Mucha-Kruczynski博士领导了物理系的研究，说：“我们已经找到了一种方法来确定堆叠的不同层中的初始原子是多么互相耦合，我们已经证明了我们的想法对由石墨烯层制成的结构。

在Nature Communications的浴室研究基于早期的工作进入石墨烯 - 一种晶体，其特征在于蜂窝设计中的薄片。2018年，马萨诸塞州理工学院（麻省理工学院）的科学家发现，当堆叠两层石墨烯然后通过“魔法”角度为1.1时相对于彼此扭曲时，°它们产生具有超导性的材料。这是科学家第一次创造了一种纯粹从碳制成的超级导电材料。然而，这些属性消失了两层石墨烯之间的最小变化。

由于麻省理工学院发现，世界各地的科学家一直试图将这种“堆叠和扭曲”现象应用于其他超薄材料，将两个或多个原子学不同的结构放在一起，希望能够具有特殊品质的全新材料。

“本质上，你无法找到每个原子层不同的材料，”Mucha-Kruczynski博士说。“更重要的是，两种材料通常只能以一种特定的方式组合在一起，因为化学键需要在层之间形成。但对于像石墨烯这样的材料，只有同一平面上的原子之间的化学键是强的。van der Wa族相互作用的平面之间的力较弱，这允许材料层相互扭曲。“

科学家们现在的挑战是使得尽可能高效地发现新的分层材料。通过找到允许它们在堆叠两种或更多材料时预测结果的公式，他们将能够极大地简化他们的研究。

它在这一领域，Mucha-Kruczynski博士和他在牛津大学，北京大学和意大利的Elettra同步罗朗的合作者预计会有所作为。

“材料的组合和它们可以扭曲的角度的数量太大而无法在实验室中尝试，因此我们可以预测的是重要的，”Mucha-Kruczynski博士说。

研究人员已经表明，通过研究三层结构，可以确定两层的三层结构，当你可能在自然界中找到两层，而第三个是扭曲的。它们使用了角度分辨的光曝光光谱 - 一种强大的光从样品喷射电子的过程，使得可以测量来自电子的能量和动量，从而提供对材料的性质 - 以确定a的两个碳原子彼此距离耦合。它们还证明了它们的结果可用于预测由相同层制成的其他堆叠的特性，即使层之间的曲线是不同的。

如石墨烯这样的已知原子薄材料的列表一直在增长。它已经包括数十个条目，从绝缘到超导，光学活动的透明度，脆性到灵活性，它已经包括了大量的属性。最新的发现提供了一种实验确定这些材料层之间的相互作用的方法。这对于预测更复杂的堆栈的特性和新设备的有效设计至关重要。

Muda-Kruczynski博士认为，在新的堆叠和扭曲材料找到一个实用的日常应用之前可能是10年。“石墨烯花了十年来从实验室移动到通常的意义上的东西，所以随着乐观的暗示，我希望类似的时间表适用于新材料，”他说。

建立他最新学习的结果，Mucha-Kruczynski博士及其团队现在专注于由过渡金属二甲甲基化物的层（一大群非常不同类型的原子）的扭曲堆叠 - 金属和硫醇，如硫）。其中一些堆叠表明了科学家们尚未解释的迷人电子行为。

“因为我们正在处理两种完全不同的材料，研究这些堆栈很复杂，”Mucha-Kruczynski博士解释说。“然而，我们希望随着时间的推移，我们能够预测各种堆栈的性质，并设计新的多功能材料。”

参考：“使用角度分辨光学激活光谱法”二维晶体之间的间隙耦合的确定“通过JJP Thompson，D。Pei，H.Peng，H. Wang，N.Channa，HL Peng，A. Barinov，NBMSchröter，Y.陈和M. Mucha-Kruczyński，2020年7月17日，自然传播.DOI：
10.1038 / s41467-020-17412-0