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缝合原子晶格无缝地在一起

加入不同种类的材料可以带来各种突破。这是一项必不可少的技能,它允许人类从摩天大楼(通过钢筋混凝土加工)到太阳能电池(通过沿着电子将材料分层到牧群)制作一切。

在电子产品中,连接不同的材料会产生异质结 - 这是太阳能电池,LED或计算机芯片中最基本的元件。两种材料之间的接缝越平滑,电子越容易流过它; 对于电子设备的运行情况至关重要。但是它们是由晶体刚性的原子晶格组成,它们可能具有非常不同的间距 - 并且它们不需要被捣碎在一起。

在3月8日发表在“ 科学”杂志上的一项研究中,芝加哥大学和康奈尔大学的科学家们展示了一种技术,可以在原子水平上无缝地“缝合”两片晶体,从而制造出原子级薄的织物。

该团队希望通过缝合不同的织物状,三原子厚的晶体来实现这一目标。“通常这些是在非常不同的条件下分阶段生长;先生长一种材料,停止生长,改变条件,然后重新开始生长另一种材料,”詹姆斯弗兰克研究所化学教授Jiwoong Park说。分子工程学和该研究的主要作者。

相反,他们开发了一种新工艺来找到适用于恒定环境中两种材料的完美窗口,因此他们可以在一次会话中生长整个晶体。

Park表示,由此产生的单层材料是迄今为止最完美的对齐材料。较温和的过渡意味着在两个晶格相交的点处,一个晶格伸展或生长以与另一个晶格相遇 - 而不是留下孔或其他缺陷。

事实上,原子接缝非常紧密,当他们用扫描电子显微镜近距离观察时,他们发现两种材料中较大的一种在接头周围有点皱折。

他们决定在最广泛使用的电子设备之一测试其性能:二极管。两种不同的材料相连,电子被认为能够单向流过“织物”,而不是另一种。

二极管点亮了。“看到这些三原子厚度的LED发光,我感到非常兴奋。我们看到了这些材料最出色的性能,”研究生和论文的第一作者Saien Xie说道。

这一发现为电子学开辟了一些有趣的想法。像LED这样的设备目前堆叠在一起 - 三维与二维相比,并且通常位于刚性表面上。但帕克表示,新技术可以开辟新的配置,例如柔性LED或原子厚度的2D电路,可以横向和横向工作。

他还指出,拉伸和压缩改变了光学性质 - 由于量子力学效应导致的晶体颜色。这表明可以调节到不同颜色的光传感器和LED的潜力,例如,或者在拉伸时改变颜色的应变传感织物。

“这是如此未知,我们甚至不知道它所拥有的所有可能性,”帕克说。“即使两年前,这也是不可想象的。”

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