科学家发现一类晶体特性或具革命性意义

科学家们表示，间晶体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、量子计算机和环保材料铺平道路。

根据《自然·材料》科学期刊发表的报告描述，研究人员将两层超薄石墨烯（每层都是由碳原子按六边形网格排列成的单原子厚度薄片）堆叠在一起。他们将这两层石墨烯轻微扭转后放置在六方氮化硼（由硼和氮组成的六边形晶体）基层上。他们发现，层间形成的莫尔条纹——类似于两层细网筛叠加时出现的图案——这种微妙的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系理事会教授、本研究主要作者伊娃·安德烈表示，"间晶体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体中电子的独特性质，科学家可将其用于开发更高效的晶体管和传感器等技术，而以往这些技术需要更复杂的材料组合及加工工艺。

"可以设想设计一个完整电子电路，其中开关、传感、信号传播等所有功能都通过原子尺度的几何结构调整来控制，"物理学副教授、研究合著者杰迪代亚·皮克斯利说，"间晶体可能成为这类未来技术的构建模块。

"该发现基于现代物理学中新兴的"扭转电子学"技术，即将材料层在特定角度扭曲形成莫尔图案。这些构型显著改变了物质内部电子的行为，从而产生常规晶体不具备的特性。

安德烈及其团队于2009年首次验证了这一基础理念，当时他们证明了扭转石墨烯中的莫尔图案会重塑其电子结构。该发现为扭转电子学领域播下了种子。

电子是在材料中移动的微小粒子，负责传导电流。在具有原子重复排列形成完美网格的常规晶体中，电子的运动方式已被充分理解且可预测。由于固有的对称性特征，晶体若按特定角度或距离旋转移动，其外观保持不变。

然而研究人员发现，间晶体的电子特性会因其结构的微小变化而产生显著差异。这种可变性可引发超导性和磁性等新奇的异常行为，而这些特性通常不存在于常规晶体中。超导材料因具备零电阻导电能力，有望实现电流的持续流动。

科学家表示，间晶体可能成为低损耗电子器件和原子传感器的新型电路组成部分，在量子计算机制造领域发挥作用，并为新型消费技术提供动力。

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、氮等丰富无毒元素构成，而非稀土元素，它们为未来技术提供了更具可持续性和可扩展性的路径，"安德烈解释道。

间晶体不仅区别于传统晶体，也与1982年发现的准晶体不同——准晶体虽具有有序结构，但缺乏常规晶体的重复排列模式。

研究团队将其发现命名为"间晶体"，因其兼具晶体与准晶体特征：既具有准晶体的非重复图案，又保有常规晶体的对称性。

"1980年代准晶体的发现挑战了关于原子有序度的旧有规则，"安德烈说，"而间晶体让我们更进一步，证明通过利用最小尺度的几何阻挫，可以设计出能探索物质新相态的材料。"

罗格斯大学研究人员对间晶体的未来应用持乐观态度，这为原子尺度材料特性的探索与操控开启了新的可能性。

"这仅仅是开端，"皮克斯利表示，"我们期待见证这一发现将引领的方向，以及它如何影响未来科技与科学的发展。"

参与研究的其他罗格斯大学科研人员包括物理与天文系研究助理赖欣远、李国红和安吉拉·科。

日本国立材料科学研究所的科学家也为本研究作出了贡献。