最新Science：通过在非欧几里得表面上生长而实现层状材料的超扭曲螺旋

CYM 4年前 (2020-10-23) 5415浏览

【引言】

二维（2D）范德华层状材料提供了一个理想的平台，通过垂直堆叠不同层来创造具有独特性能的人工结构。调整叠层双层之间的扭曲角导致莫尔图案的形成和电子态的操纵，从而导致对量子现象的观察，包括非常规的超导性、莫尔激子和可调谐的莫特绝缘体态。扭曲结构是通过精细的机械堆叠不同的层，以一次性和低通量的方式制造的。最近的理论研究也表明在不断扭曲的多层结构有趣的现象被称为“3D twistronics”。尽管Eshelby扭曲最近在层状锗(II)硫化物的螺旋分散纳米线上被证明，但对于大面积的二维材料，每层的扭曲量是相当小的。因为Eshelby扭曲角与横向横截面积成反比。因此，需要一种不同的方法来直接生长扭曲的2D材料并控制层间扭曲。尽管缺陷或晶格失配会引起变形，但通常在堆叠的层中发生层状材料的生长，这会导致应变变形。但是，这些影响通常很小，并且无法控制。欧几里得几何是经典晶体学的基本数学框架。传统上，层状材料生长在平坦的衬底上，在非欧几里得表面上生长的欧几里得晶体很少被研究。

近日，美国威斯康星大学麦迪逊分校金松教授（通讯作者）提出了一个通用的模型，描述了在非欧几里得表面上具有螺旋位错的层状材料的生长，并表明它导致了连续扭曲的多层上部结构，证明了合成二维材料的多层的可能性，该多层材料由于存在螺旋位错和弯曲的衬底表面而在层之间具有一定的扭曲。通过改变非平面性的数量和表面的特征（圆锥形或双曲线），可以实现不同的扭转角。通过生长二硫化钨（WS₂）和二硒化钨（WSe₂）覆盖在螺旋中心附近的纳米粒子上。微观结构分析表明，晶格扭曲与层的几何扭曲一致，从而导致原子层之间出现莫尔超晶格。相关研究成果以“Supertwisted spirals of layered materials enabled by growth on non-Euclidean surfaces”为题发表在Science上。

【图文导读】

图一、在欧几里得和非欧几里得表面上的三角螺旋位错说明扭曲过程