最新Science：通過在非歐幾里得表面上生長而實現層狀材料的超扭曲螺旋

CYM 3年前 (2020-10-23) 4902瀏覽

【引言】

?二維（2D）范德華層狀材料提供了一個理想的平臺，通過垂直堆疊不同層來創造具有獨特性能的人工結構。調整疊層雙層之間的扭曲角導致莫爾圖案的形成和電子態的操縱，從而導致對量子現象的觀察，包括非常規的超導性、莫爾激子和可調諧的莫特絕緣體態。扭曲結構是通過精細的機械堆疊不同的層，以一次性和低通量的方式制造的。最近的理論研究也表明在不斷扭曲的多層結構有趣的現象被稱為“3D twistronics”。盡管Eshelby扭曲最近在層狀鍺(II)硫化物的螺旋分散納米線上被證明，但對于大面積的二維材料，每層的扭曲量是相當小的。因為Eshelby扭曲角與橫向橫截面積成反比。因此，需要一種不同的方法來直接生長扭曲的2D材料并控制層間扭曲。盡管缺陷或晶格失配會引起變形，但通常在堆疊的層中發生層狀材料的生長，這會導致應變變形。但是，這些影響通常很小，并且無法控制。歐幾里得幾何是經典晶體學的基本數學框架。傳統上，層狀材料生長在平坦的襯底上，在非歐幾里得表面上生長的歐幾里得晶體很少被研究。

近日，美國威斯康星大學麥迪遜分校金松教授（通訊作者）提出了一個通用的模型，描述了在非歐幾里得表面上具有螺旋位錯的層狀材料的生長，并表明它導致了連續扭曲的多層上部結構，證明了合成二維材料的多層的可能性，該多層材料由于存在螺旋位錯和彎曲的襯底表面而在層之間具有一定的扭曲。通過改變非平面性的數量和表面的特征（圓錐形或雙曲線），可以實現不同的扭轉角。通過生長二硫化鎢（WS₂）和二硒化鎢（WSe₂）覆蓋在螺旋中心附近的納米粒子上。微觀結構分析表明，晶格扭曲與層的幾何扭曲一致，從而導致原子層之間出現莫爾超晶格。相關研究成果以“Supertwisted spirals of layered materials enabled by growth on non-Euclidean surfaces”為題發表在Science上。

【圖文導讀】

圖一、?在歐幾里得和非歐幾里得表面上的三角螺旋位錯說明扭曲過程