“晶间体”为更环保的电子和量子技术铺平了道路

罗格斯大学-新不伦瑞克大学的研究人员发现了一种新型材料，称为晶间材料，具有独特的电子特性，可以为未来的技术提供动力。

科学家们表示，晶间体展现出新发现的电子特性，这可能为更高效的电子元件、量子计算和环保材料的进步铺平道路。

正如科学杂志《自然材料》的一篇报道所述，科学家们堆叠了两层超薄石墨烯，每层都是一层一原子厚的碳原子，排列成六边形网格。他们将它们稍微扭曲在一层六方氮化硼上，这是一种由硼和氮组成的六边形晶体。他们发现，形成莫尔图案的层之间的微妙错位——类似于两个细网筛重叠时看到的图案——显著改变了电子在材料中的移动方式。“我们的发现为材料设计开辟了一条新的道路，”罗格斯大学艺术与科学学院物理与天文学系理事会教授、该研究的主要作者Eva Andrei说。“晶间体为我们提供了一种新的方法，可以单独使用几何形状来控制电子行为，而无需改变材料的化学成分。”研究人员说，通过理解和控制晶间体中电子的独特性质，科学家可以利用它们开发更高效的晶体管和传感器等技术，而这些技术以前需要更复杂的材料混合和加工。

“你可以想象设计一个完整的电子电路，其中每个功能——开关、传感、信号传播——都是通过在原子水平上调整几何结构来控制的，”物理学副教授、该研究的合著者Jedediah Pixley说。“晶间体可能是此类未来技术的基石。

”这一发现取决于现代物理学中一种新兴的技术，称为“双谱线”，在这种技术中，材料层以特定角度扭曲以产生莫尔图案。这些配置显著地改变了物质中电子的行为，导致了常规晶体中没有的特性。

Andrei和她的团队在2009年首次证明了这一基本思想，当时他们发现扭曲石墨烯中的莫尔图案极大地重塑了其电子结构。这一发现有助于开拓双谱学领域。

电子是在材料中移动的微小粒子，负责导电。在规则晶体中，原子的重复模式形成了一个完美排列的网格，电子的运动方式是可以很好地理解和预测的。如果一个晶体旋转或移动了一定的角度或距离，它看起来是一样的，因为它具有一种称为对称的内在特性。

然而，研究人员发现，晶体间的电子性质会因结构的微小变化而发生显著变化。这种可变性可能会导致新的和不寻常的行为，如超导性和磁性，这在常规晶体中通常是找不到的。超导材料提供了持续流动电流的希望，因为它们以零电阻导电。

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科学家们表示，晶间体可能是低损耗电子产品和原子传感器新电路的一部分，可以在量子计算机的制造中发挥作用，并为新形式的消费技术提供动力。

这些材料也有可能成为更环保的电子技术的基础。

“由于这些结构可以由丰富的无毒元素（如碳、硼和氮）而不是稀土元素制成，因此它们也为未来的技术提供了更可持续和可扩展的途径，”Andrei说。

晶间体不仅不同于传统晶体。它们也不同于准晶，准晶是1982年发现的一种特殊类型的晶体，具有有序的结构，但没有规则晶体中的重复图案。

研究小组成员将他们的发现命名为“晶间体”，因为它们是晶体和准晶之间的混合物：它们具有像准晶一样的非重复图案，但与常规晶体具有共同的对称性。安德烈说：“20世纪80年代准晶的发现挑战了关于原子序的旧规则。”。“对于晶间化合物，我们更进一步，表明材料可以通过在最小尺度上利用几何挫折来获得新的物质相。”罗格斯大学的研究人员对晶间化合物的未来应用持乐观态度，为在原子水平上探索和操纵材料的性质开辟了新的可能性。

皮克斯利说：“这仅仅是个开始。”。“我们很高兴看到这一发现将引领我们走向何方，以及它将如何在未来几年影响技术和科学。”

其他为这项研究做出贡献的罗格斯大学研究人员包括物理与天文学系的研究助理Xinyuan Lai、Guohong Li和Angela Coe。日本国家材料科学研究所的科学家也为这项研究做出了贡献。p