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美国宾夕法尼亚大学开发出新型多功能二维材料二碲化钨

2017-02-10 222浏览 标签: 美国二维材料二碲化钨

201729日,美国宾夕法尼亚大学研究团队首次合出了单层个原子厚的独特二维材料二碲化钨,该成果发表在了二维材料(2-D Materials)杂志上。

当人们想到二维材料时,可能会第一时间想到石墨烯。石墨烯的一个最重要的性质是它是零带隙半导体,既可以表现出金属性,也可以表现出半导体性。但是二维材料还可以具有其它的很多属性,比如它们中的一些具有绝缘性,另一些可以发光,还有一些具有磁性。宾夕法尼亚大艺术与科学学院物理教A.T. Charlie Johnson说:石墨烯只是石墨烯,它只能做石墨烯可以做的。如果你想要具有基于二维材料的功能系统,这意味着你想要具有我们知道的所有不同物理性质的二维材料。

二维材料具有拓扑电子态的能力是一个由宾夕法尼亚大学物理学教授Christopher H. Browne发现的现象。在这项新研究中,A.T. Charlie Johnson和物理学教授James Kikkawa、研究生Carl Naylor以及William Parkin成功制备了单层二碲化钨,并测量了其性能。研究人员认为二碲化钨具有其它二维材料没有的拓扑电子态。这意味着它可以有许多不同的特性,而不是只有一个。

Johnson说:因为二碲化钨只有三个原子厚,它的原子可以以不同的方式排列。研究员们预测其中一种排列方法可以提供拓扑性质。研究人员使用化学气相沉积法成功生长了这种材料。他们使用热管炉将含有钨的碎片加热至适当的温度,然后引入含碲的蒸气。通过寻找恰当的条件以及好运的帮助,这些元素将发生化学反应并结合形成单层(三原子厚)二碲化钨。”Johnson说。虽然这种材料在空气中会极快地降解,但是该论文的第一作者Carl Naylor想出了保护材料的方法,以便在它被破坏之前进行研究。

研究人员还发现材料生长在矩形微晶中,而不是像其它材料生长在三角形微晶中。Jonhnson说:这反映了材料的矩形对称性,它们具有不同的结构,所以它们往往以不同的形状成长。虽然研究仍处于起步阶段,研究人员还没能够生产出连续的薄膜。他们希望继续进行实验以证明该材料具有它们预测的拓扑电子性质。

   Johnson说:科学家们想要使用二维材料实现尽可能多的物理性能,拓扑电子态是一个新的现象,并且很有趣,所以很多人一直在试图用二维材料实现它们。我们成功创造了被预测具有拓扑电子态性能的材料,在这个意义上,我们已经向这个领域的一个大目标迈进了一步。

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