扭曲二维材料揭示它们的超能力

自 2004 年分离出石墨烯以来，由单层原子组成的二维 (2-D) 材料引起了广泛关注。它们具有独特的电学、光学和机械性能，如高导电性、柔韧性和强度，这使它们成为激光、光伏、传感器和医疗应用等领域的有前途的材料。

当一片二维材料放在另一个上面并稍微旋转时，扭曲可以从根本上改变双层材料的特性并导致奇异的物理行为，例如高温超导性——退出电气工程;非线性光学——激发激光和数据传输;和结构超级润滑性——一种新发现的机械性能，研究人员才刚刚开始了解。对这些特性的研究催生了一个新的研究领域，称为扭曲电子学，之所以这么叫，是因为它是扭曲和电子学的结合。

阿尔托大学的研究人员与国际同事合作，现在已经开发出一种新方法，可以在足够大的尺度上制造这些扭曲层，这是第一次。他们转移二硫化钼 (MoS2) 单原子层的新方法使研究人员能够精确控制面积达 1 平方厘米的层之间的扭曲角，使其在尺寸方面破纪录。大规模控制层间扭曲角对于扭曲电子学的未来实际应用至关重要。

“我们展示的扭曲方法使我们能够在比以往更大的尺度上调整堆叠多层 MoS2 结构的特性。转移方法也可以应用于其他二维层状材料，”阿尔托大学的罗军博士说，他是其中之一。作品的主要作者。

一个全新的研究领域的重大进步

由于扭曲电子学研究是在 2018 年才引入的，因此在找到实际应用方法之前，仍然需要进行基础研究以更好地了解扭曲材料的特性。沃尔夫物理学奖是最负盛名的科学奖项之一，授予了教授。Rafi Bistritzer、Pablo Jarillo-Herrero 和 Allan H. MacDonald 今年在扭曲电子学方面的开创性工作表明了这个新兴领域改变游戏规则的潜力。

先前的研究表明，可以通过小规模的转移方法或原子力显微镜尖端操纵技术来制造所需的扭曲角。样本大小通常约为 10 微米，小于人类头发的大小。也已经制造了更大的少层薄膜，但它们的层间扭曲角是随机的。现在研究人员可以使用外延生长方法和水辅助转移方法来生长大薄膜。

“由于在转移过程中不需要聚合物，我们样品的界面相对干净。通过控制扭曲角和超清洁界面，我们可以调整物理性质，包括低频层间模式、带结构和光学和电学特性，”杜说。

“事实上，这项工作对于指导基于二维材料的扭曲电子学的未来应用具有重要意义，”阿尔托大学的孙志培教授补充道。

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