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物理學家在2D材料交叉處觀察到被修正的能量景觀

物理學家在2D材料交叉處觀察到被修正的能量景觀

2021-05-11 Comments 0 Comment

據外媒報導,英國巴斯大學的物理學家在二維材料的交叉處觀察到了經過修改的能量景觀。1884年,Edwin Abbott創作了小說《Flatland: A Romance in Many Dimensions(平面國)》。該部小說諷刺了維多利亞時代的等級制度。他在小說中想像了一個只存在於二維空間的世界,那裡的生物都是二維的幾何圖形。

這樣一個世界的物理性質有點類似於現代2D材料如石墨烯和過渡金屬二硫屬化合物,其中包括二硫化鎢(WS2)、二硫化鎢(WSe2)、二硫化鉬(MoS2)和二硫化鉬( MoSe2)。

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現代2D由單原子層組成,雖然電子可以在二維中移動,但它們在第三維的運動則會受到限制。由於這種“擠壓”,2D材料增強了光學和電子性能,在能源、通信、成像和量子計算等領域的下一代超薄器件顯示出巨大的前景。

通常情況下,對於所有這些應用,2D都被設想成平放排列。然而不幸的是,這些材料的強度也是它們最大的弱點–它們非常薄。這就意味著,當它們被照亮時,光能跟它們相互作用的厚度非常小,這就限制了它們的用途。為了克服這個缺點,研究人員開始尋找新的方法從而將2D材料折疊成複雜的3D形狀。

在我們的3D宇宙中,2D材料可以排列在彼此之上。為了擴展《平面國》的比喻,這樣的安排實際上代表了一個平行世界,裡面居住著注定永遠不會相遇的人。

現在,來自英國巴斯大學物理系的科學家們已經找到一種方法來將WS2 2D薄片轉變為一個3D結構。這種特殊的3D排列被稱為“納米網”:一種由密密麻麻、隨機分佈的堆疊組成的網狀網絡,其中包含扭曲和/或融合的WS2薄片。

在《平面國》中,這類修改將允許人們進入彼此的世界。領導這項研究的Ventsislav Valev教授表示:“我們並不是一開始就想讓平面國的居民感到痛苦,但由於我們在2D材料的納米工程中設計了許多缺陷,這些假設中的居民會發現他們的世界非常奇怪。”

Adelina Ilie博士和她以前的博士生、博士後Zichen Liu一起開發了這種新材料,她指出,改進的能源景觀是他們研究的關鍵,“這證明,將2D材料組裝成3D排列不僅會產生’更厚’的2D材料還會產生全新的材料。我們的納米網在技術上很容易製造,並且它還提供了可調節的材料屬性以滿足未來應用的需求。”

Valev教授補充稱:“納米網具有非常強的非線性光學特性–它能有效地將一種激光顏色轉換為另一種顏色。我們的下一個目標是將其用於矽波導以開發量子光通信。”

參與了這項研究的Alexander Murphy則表示:“為了揭示修改後的能量景觀,我們設計了新的表徵方法,我期待著將這些方法應用到其他材料上。誰知道我們還能發現什麼呢?”

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