科學家操縱石墨原子結構發現轉化物質的新方法
研究人員展示了一種操縱石墨原子結構的新方法，石墨是一種常見但用途廣泛的元素。 他們的技術被稱為”Slideetronics”，利用范德華力重新配置原子層，有可能將它們轉化為具有類似電子儲存記憶功能的材料。
特拉維夫大學的研究人員開發出一種突破性方法，將石墨轉化為具有電子儲存功能的材料。透過操縱原子層，它們可以徹底改變計算和電子設備，其價值有可能超過鑽石和黃金。
改變元素： 從煉金術到先進材料
銅能變成金嗎？ 幾個世紀以來，煉金術士們一直在追逐這個夢想，卻不知道這種轉化需要核反應。 另一方面，石墨–鉛筆尖的材料與鑽石有著相同的基本構成元素：碳原子。 關鍵區別在於這些原子是如何排列的。 將石墨轉化為鑽石需要極高的溫度和壓力來打破和重建化學鍵，因此是一個不切實際的過程。
特拉維夫大學量子層物質小組負責人摩西-本-沙洛姆（Moshe Ben Shalom）教授認為，一種更容易實現的轉化方法是透過巧妙地移動石墨原子層來重新配置它們。 與形成鑽石的強化學鍵不同，石墨中的原子層是靠微弱的范德華力固定在一起的，因此它們可以相互滑動。 本-沙洛姆教授與特拉維夫大學雷蒙德-貝弗利-薩克勒物理天文學院的博士生馬揚-維茲納-斯特恩（Maayan Vizner Stern）和西蒙-薩勒-阿特里（Simon Salleh Atri）在最近發表於《自然-物理評論》（Nature Review Physics）的一項研究中探討了這一觀點。
利用聚類材料進行創新
雖然這種工藝不能製造鑽石，但它可能具有更大的技術價值。 如果能快速且有效率地完成原子層轉移，就能開發出微小、高效能的電子儲存單元。 這些新設計的”聚類”材料最終可能被證明比鑽石和黃金更有價值。
博士生Maayan Vizner Stern 解釋說：”與石墨一樣，自然界也產生了許多其他具有弱粘合層的材料。每一層的行為就像一塊樂高磚塊–打碎一塊磚塊很難，但分離和重新連接兩塊磚塊卻相對簡單。同樣，在層狀材料中，每次跳躍的時間點偏好特定的堆疊位置，在這些位置上只有一個不靠近原子的位置。
研究團隊。 資料來源：特拉維夫大學
滑動電子學： 材料科學的未來
博士生Simon Salleh Atri 介紹了他們的研究：”我們正在開發新的方法，將各層滑動到不同的排列方式，並研究由此產生的材料。 透過施加電場或機械壓力，我們可以將層滑動到各種穩定的配置中。 由於這些層在去除外力後仍能保持最終位置，因此它們可以存儲信息，起到微小存儲單元的作用。”
他們的團隊也探索了不同層數如何影響材料特性。 例如，含有兩種原子的三層材料可以產生六種不同的穩定材料，每種材料都有獨特的內部極化。 如果有五層，這一數字將增加到45 種不同的可能結構。 透過在這些結構之間切換，研究人員可以控制電學、磁學和光學特性。 即使是完全由碳組成的石墨，也可以重新排列成六種不同的晶體形態，每種形態都有不同的導電性、紅外線響應、磁性和超導特性。
主要的挑戰在於如何在確保結構轉換受控的同時保持材料的穩定性。 他們最近發表的展望論文總結了正在進行的研究，並提出了完善這種”滑動電子”開關機制的新方法，為電子、計算等領域的創新應用鋪平了道路。
隨著研究的不斷深入，這些滑動材料將帶來技術革命，提供更快、更有效率的記憶體儲存和前所未有的材料特性控制。 精確操縱原子層的能力正在打開材料科學新時代的大門–在這個新時代，最有價值的發現可能不是來自創造黃金，而是來自發掘日常元素的隱藏潛力。
編譯自/ ScitechDaily