在2d材質上創造完美的邊緣

來源:查爾默斯理工大學，2020年10月19日。Original written by Mia Halleröd Palmgren and Joshua Worth.

簡介:

像石墨烯這樣的超薄材料預示著納米科學和技術的革命。研究人員已經在該領域取得了重要進展。在最近的一篇文章中，他們提出了一種使用「魔法」化學物質控制二維材料邊緣的方法。

像石墨烯這樣的超薄材料預示著納米科學和技術的革命。瑞典查爾默斯理工大學的研究人員在該領域取得了重要進展。在最近發表在《自然通訊》上的一篇論文中，他們提出了一種使用「魔法」化學物質來控制二維材料邊緣的方法。

「我們的方法可以控制邊緣——原子,原子的方式既簡單又可伸縮的、只使用溫和加熱與豐富,環境友好的化學物質,如過氧化氫、「Battulga Munkhbat說,博士後研究員在查爾姆斯理工大學的物理系,和論文的第一作者。

只有一層原子那麼薄的材料被稱為二維材料。最著名的例子是石墨烯和它的半導體類似物二硫化鉬。該領域的未來發展可以得益於研究這種材料固有的一個特殊特性——它們的邊緣。控制邊緣是一個極具挑戰性的科學問題，因為它們與二維材料的主體相比非常不同。例如，在過渡金屬二滷化物(稱為TMD，如前面提到的二硫化鉬)中發現的一種特殊類型的邊緣可以具有磁性和催化性質。

典型的TMD材料有邊緣，可以存在兩種不同的變體，稱為鋸齒或扶手椅。這些替代品如此不同，以至於它們的物理和化學性質完全不同。例如，計算表明鋸齒狀的邊緣是金屬和鐵磁性的，而扶手椅的邊緣是半導體和非磁性的。類似於這些物理性質上的顯著變化，人們可以預期之形和扶手椅邊的化學性質也非常不同。如果是這樣的話，有可能是某些化學物質「溶解」了扶手椅的邊緣，而鋸齒狀的部分不受影響。

現在，這種「神奇」的化學物質正是Chalmers的研究人員所發現的——以普通的過氧化氫的形式。一開始，研究人員對這些新結果感到非常驚訝。

「不僅一種邊緣佔主導地位，而且產生的邊緣非常鋒利——幾乎是原子鋒利。」這表明，這種「神奇的」化學物質以一種所謂的自我限制的方式運作，一個原子一個原子地去除不需要的物質，最終導致在原子銳極限處產生邊緣。由此產生的圖案遵循了原始TMD材料的晶體取向，產生了美麗的、原子鋒利的六角形納米結構，」Battulga Munkhbat說。

「非常令人著迷的發展」

這種新方法將標準的自頂向下平版印刷方法與新的各向異性溼法蝕刻工藝相結合，從而使在二維材料中創造完美的邊緣成為可能。

這種方法為範德瓦爾斯材料(層狀2D材料)開闢了新的和前所未有的可能性。我們現在可以將邊緣物理與二維物理結合在一個單一的材料中。這是一項極其令人著迷的發展，」查默斯大學物理系副教授、該研究項目負責人Timur Shegai說。

這些材料和其他相關材料常常引起重要的研究關注，因為它們使納米科學和技術取得重要進展，具有從量子電子學到新型納米器件的潛在應用。這些希望在石墨烯旗艦項目中得到了體現，該項目是歐洲有史以來最大的研究項目，由查爾默斯理工大學協調開展。

為了讓研究實驗室和高科技公司能夠使用這項新技術，研究人員成立了一家新公司，提供高質量的原子清晰度TMD材料。研究人員還計劃進一步開發這些原子銳利的超穎材料的應用。