科学家像打牌一样打乱原子层以制造新的量子材料
材料科学家现在可以将分层化合物混合在一起,就像组合两副不同的纸牌一样。能源部艾姆斯实验室的一组研究人员最近发现了这项技术,该技术正在开发具有不寻常电子传输特性的新材料,这些材料在下一代量子技术中具有潜在应用。
所发现的技术在新材料设计中展示了另一种意想不到且有前景的应用。“改组”方法可以从层状过渡金属二硫属化物 (TMDC) 生成热稳定的三维 (3D) 异质结构。这些是范德华材料,由夹在另外两层硫属元素(硫、硒或碲)之间的金属纳米层组成。与石墨类似,这些化合物可以剥离成二维层,显示出独特的电子传输特性和量子现象。
“TMDC 对研究人员来说非常有吸引力,因为它可以应用于可再生能源、催化和光电子学,仅举几例,”项目负责人、艾姆斯实验室材料科学与工程部门的高级科学家 Viktor Balema 说。“我们的研究目标是为这些层状材料开发这种重新组装方法,这些方法不仅高效,而且在生产中具有可扩展性和成本效益。”
艾姆斯实验室的研究人员通过使用由球磨促进的机械化学,成功地克服了组成这些层状材料的主要挑战之一——将原子上不同、不相称的材料夹在一起的困难。
“现在,我们已经证明我们可以机械化学地设计新型分层异质结构,控制它们的成分并调整它们的特性,”艾姆斯实验室材料科学与工程部的科学家 Ihor Hlova 说。“这为各种不同的组合开辟了道路——可能性基本上是无限的。”
到目前为止,这种方法已被证明适用于几个非常不同的化合物组,并继续以新的发现让科学家们感到惊讶。使用该团队的“层重组”技术制备的材料已经显示出广泛的电子传输特性,从半导体到金属导电性,取决于所涉及的构建块。