科学家发现一类具有革命性特性的晶体

科学家表示，互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、量子计算和环保材料铺平道路。

正如科学期刊Nature Materials所描述，科学家将两层超薄石墨烯堆叠（每层均为单原子厚度的碳原子六方网格片），在六方氮化硼基底（由硼和氮构成的六方晶体）上对其进行轻微扭转。他们发现，层间细微错位形成的莫尔条纹（类似于两层精细网格叠加时出现的图案）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途径，"罗格斯大学文理学院物理与天文系校董会教授、本研究主要作者Eva Andrei表示，"互晶体让我们仅通过几何结构就能控制电子行为，无需改变材料化学成分。"

研究人员称，通过理解和控制互晶体的独特电子特性，科学家可将其用于开发更高效的晶体管和传感器等技术，这些技术以往需要更复杂的材料组合与加工工艺。

"可以设想设计整个电子电路，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实现，"物理系副教授、研究合著者Jedediah Pixley说，"互晶体可能成为此类未来技术的基石。"

该发现基于现代物理学新兴技术"转角电子学"（twistronics），通过将材料层在特定角度扭曲形成莫尔图案。这些构型显著改变物质内电子行为，产生常规晶体不具备的特性。

这一基础理念最早由Andrei团队于2009年证实，他们发现扭曲石墨烯中的莫尔图案能彻底重塑其电子结构，该发现助推了转角电子学领域的诞生。

电子是在材料中移动的微小粒子，负责导电。常规晶体具有原子重复排列形成的完美有序网格，其电子运动方式已被充分理解并可预测。晶体因对称性这一固有特性，在特定角度或距离旋转位移后仍保持原貌。

然而研究人员发现，互晶体的电子特性会随结构的微小变化而发生显著改变。这种可变性可引发超导性与磁性等非常规新行为。超导材料因零电阻导电特性，有望实现电流的持续流动。

科学家指出，互晶体可能构成新型低损耗电子电路和原子传感器部件，应用于量子计算制造，并为新型消费技术提供动力。

这类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可持续、可扩展的路径，"Andrei解释道。

互晶体不仅区别于传统晶体，也不同于准晶体——这种1982年发现的特殊晶体虽具有序结构，却无常规晶体的重复图案。

研究团队将其命名为"互晶体"，因其兼具晶体与准晶体特性：既如准晶体具备非重复图案，又与常规晶体共享对称性。

"1980年代准晶体的发现挑战了原子有序的传统认知，"Andrei指出，"而互晶体让我们更进一步，证明通过操控微观尺度的几何阻挫，可设计材料进入新的物态。"

罗格斯大学研究人员对互晶体的应用前景持乐观态度，这为原子尺度材料特性的探索与调控开辟了新可能。

"这仅是开端，"Pixley表示，"我们期待见证这一发现将引领的方向，及其对未来科技发展产生的影响。"

参与研究的其他罗格斯大学成员包括物理与天文系研究员赖新源（Xinyuan Lai）、李国宏（Guohong Li）和Angela Coe。

日本物质材料研究机构（NIMS）的科学家也为本研究作出贡献。