范德瓦耳斯异质结构成为一个物理学家的构建块。
二维材料,根据定义,没有表面悬挂键。散装材料弹性板结构,如石墨、由薄层,中间有一个弱保税解理面。
这意味着什么是一个单层的石墨将寻求满足其暴露悬空债券通过吸收其他材料。相比之下,一个单层的石墨烯是没有第二个层积极完成。如果第二个层是放在上面,只有范德瓦尔斯力,没有化学键,抓住这两个在一起。
尽管如此,没有化学键并不意味着单层石墨烯是受环境的影响。相邻的碳原子在第二层携带自己的补充电子和质子,塑造自由运营商的控制运动的能带结构的石墨烯薄膜。这种结构的细节取决于晶格在两层之间的关系。任何抵消或扭转两国产生莫尔条纹,随偏差的数量的周期性。通过控制偏差,研究人员可以实现广泛的带结构。
一般来说,一个更大的扭转角会导致一个更小的有效的晶格常数。某些“神奇”的角度促进相关激子行为,如超导和莫特过渡。“Twistronic”设备——哈佛大学的斯蒂芬·卡尔和他的同事们提出的一个术语和明尼苏达大学——寻求利用不同寻常的物理这些所谓的“范德瓦耳斯异质结构”。
即使在石墨烯,一种相对简单的材料只包含碳原子,大单位细胞产生的超晶格结构使模拟困难。方法之一,卡尔解释说在材料研究学会春季会议在凤凰城,利用密度泛函理论(DFT)独立模型的每一层,然后计算多层互动的放松。尽管这种方法,每个超晶格的DFT计算单元可以是巨大的和费时的。另一种观点,基于紧束缚的计算,对每一层周期性的电子密度分布,而不是单个原子的晶格。
建模的挑战是在其他更严重的二维材料。在过渡金属dichalcogenides像金属氧化物半导体2例如,Mei-Yin周乔治亚理工学院的名誉教授,指出,即使是单层还是三个原子厚。
原子相互作用的强度随距离。这样一个单层创建一个“颠簸”势场。在钌六角氮化硼,例如,原子间距变化从2.2到3.7埃,和当地的功函数不同。它不是有用的谈论的“整体”的行为结构时,当地的变化如此之大。单层膜之间的相互作用与不同的扭转角度和潜在的不同的组合可以产生非常复杂的带结构。
还为时过早说出实际应用可能出现从这些范德瓦耳斯异质结构。然而,物理学教授Kirill Bolotin柏林Universitaet在柏林,使用金属氧化物半导体的光致发光2作为起点来探索一些可能性。在柏林组的研究,应用应变减少了能带隙,而非均匀应变作为一个漏斗,激子向最高的点应变和最小的能带。
该组织还光电MoS调查2场效应晶体管,这是有趣的,因为他们吸收和可调光致发光。他们的光致发光量子产率很低,虽然,光子吸收。为了解决这些局限性,Bolotin提出了一个混合设备,使用金属氧化物半导体2开车从CdSSe量子点照明。CdSSe被选中,是因为它的发光是金属氧化物半导体与B共振峰2。而金属氧化物半导体2吸收80%的近场光子的量子点,应用MoS栅电压2导致增加了75%的发光点。
尽管缺乏晃来晃去的债券是这些材料的独特性能的基础,也构成了独特的集成挑战。结构取决于精确对齐(或失调)二维层之间需要一种转移或沉积多层同时保持正确的登记。可靠的定位控制是必要的,如果二维材料找到应用程序在实际设备,而不是仅仅作为物理学家们的游乐场。为此,Imec正在开发一个通用的集成流程,工具和流程,可用于任何结构最终可能出现。
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