新技术有望大规模制造奇特的准一维材料

研究人员已经制备了一种准一维范德瓦尔斯碲化锆薄膜，这是一种长期以来有望在量子计算、纳米电子学和其他先进技术方面取得进步的物质。到目前为止，它一直困扰着试图大规模制造它的科学家

2024年6月8日，一篇描述新制造技术的论文发表在《材料科学与技术杂志》上。

准一维（准1D）范德华材料因其独特的结构量子效应而成为近年来材料科学研究的热点，这些效应会产生不寻常的电学、光学和力学性能

它们被称为“准”1D物质，因为虽然真正的1D材料中的分子是通过共价化学键连接的链，但在准1D材料中，这些1D链之间极弱的分子间力（称为范德华力）也将它们排列成2D薄片。这结合了1D物质放大量子效应的能力和可堆叠的2D片材的优点

由于这种一对二冲压，准1D材料被广泛认为对下一代纳米电子学、量子计算、自旋电子学和其他前沿技术的发展至关重要

五碲化锆（ZrTe5）最近作为一种材料引起了人们的关注，因为它具有狄拉克和韦尔半金属的性质——电子的行为就像它们没有质量一样，因此具有更奇特的光学和磁性

研究人员转向了一种薄膜制造的替代方法：物理气相沉积（PVD）。具体来说，他们采用了PVD“溅射”技术。

在这种情况下，溅射并不意味着垂死发动机的爆炸声。相反，溅射是指原子或离子对靶物质的轰击，导致材料从该靶喷射到另一种物质或“基板”上。PVD溅射是半导体行业公认的制造工艺

研究人员同时在锆和碲靶上使用了射频磁控管——一种使用射频能量产生溅射效应的设备。实现了准一维ZrTe5的大规模生长

在基材上沉积ZrTe5后，薄膜最初处于非晶态。然而，在氩气气氛中进行热处理后，会发生结晶，导致材料性能发生巨大变化。这种转变对于获得所需的准1D ZrTe5应用所需的特定特性至关重要

对这种从非晶态到晶态结构的转变的详细分析揭示了为什么会发生这种情况。通过这样做，研究小组推进了对准1D材料中非晶到晶相变的基本理解，而不仅仅是ZrTe5。

该小组现在的目标是使用其他先进技术改进对结晶过程的分析，并测试材料在现实应用中的性能 More information: Yi Shuang et al, Amorphous-to-crystalline transition-induced two-step thin film growth of quasi-one-dimensional penta-telluride ZrTe5, Journal of Materials Science & Technology (2024). DOI: 10.1016/j.jmst.2024.05.039