科学家发现新型晶体类别，其特性可能具有革命性意义

科学家表示，间晶（intercrystals）展现出新发现的电子特性形式，这可能为开发更高效的电子元件、量子计算和环境友好材料铺平道路。

根据《自然·材料》科学期刊的报道，科学家将两层超薄石墨烯堆叠——每层均为碳原子按六边形网格排列的单原子厚度薄片。他们将这些石墨烯层轻微扭转后置于六方氮化硼（一种由硼和氮构成的六边形晶体）基底上。研究发现，层间形成的莫尔条纹（moiré patterns）——类似于两张细网格叠加时出现的图案——微妙错位显著改变了电子在材料中的运动方式。

"我们的发现为材料设计开辟了新路径，"罗格斯大学文理学院物理与天文学系董事会特聘教授、该研究首席作者伊娃·安德烈（Eva Andrei）表示，"间晶让我们仅通过几何结构就能控制电子行为，无需改变材料的化学成分。"

研究人员指出，通过理解和控制间晶中电子的独特性质，科学家可将其用于开发更高效的晶体管和传感器技术，而这类技术以往需要更复杂的材料组合及加工工艺。

"可以设想设计整个电子电路，其中每项功能——开关、传感、信号传输——都通过原子尺度的几何结构调整来实现，"物理学副教授、研究合著者杰迪代亚·皮克斯利（Jedediah Pixley）说，"间晶可能成为这类未来技术的构建基石。"

该发现依赖于现代物理中新兴的"扭转电子学（twistronics）"技术：将材料层按特定角度扭曲形成莫尔图案。这些构型显著改变物质内电子行为，产生常规晶体不具备的特性。

安德烈团队于2009年首次证实该基础理念：他们证明扭曲石墨烯中的莫尔图案会彻底重构其电子结构。这项发现助推了扭转电子学领域的兴起。

电子是在材料中移动并负责导电的微观粒子。在原子呈完美有序网格重复排列的常规晶体中，电子运动方式已有明确认知且可预测。晶体若按特定角度或距离旋转位移，因内在对称性特征仍保持原貌。

然而研究人员发现，间晶的电子特性会随其结构的微小变化而显著改变。这种可变性可引发超导性和磁性等新颖异常行为——常规晶体通常不具备这些特性。超导材料因零电阻导电特性，有望实现电流持续流动。

科学家表示，间晶或将成为量子计算机制造和新型消费技术所需的低损耗电子器件与原子传感器的新型电路组成部分。

这些材料还有望成为更环保电子技术的基础。

"由于这些结构可由碳、硼、氮等无毒富元素而非稀土元素构成，它们为未来技术提供了更具可持续性和可扩展性的路径，"安德烈强调。

间晶不仅区别于传统晶体，也不同于1982年发现的准晶体（quasicrystals）——这类特殊晶体具有有序结构但缺乏常规晶体的重复图案。

研究团队将其发现命名为"intercrystals"（间晶），因其融合了晶体与准晶体特性：既具备准晶的非重复图案，又拥有常规晶体的对称性。

"20世纪80年代准晶的发现挑战了原子有序的传统法则，"安德烈指出，"间晶让我们更进一步：通过操控微观尺度的几何阻挫（geometric frustration），可设计出进入物质新相态的材料。"

罗格斯大学研究人员对间晶的未来应用持乐观态度，这为原子尺度材料特性的探索与调控开辟了新可能。

"这仅仅是开始，"皮克斯利表示，"我们期待见证这项发现的未来发展方向及其对科技领域的长远影响。"

物理与天文学系研究助理赖新元（Xinyuan Lai）、李国红（Guohong Li）和安吉拉·科（Angela Coe）为本研究作出贡献。

日本国家材料科学研究所（NIMS）的科学家也参与了此项研究。