1.物理所科研团队在三维世界中造出二维金属材料,这一突破受到广泛关注。
2.二维材料在数学和几何学中指的是仅包含两个独立方向的空间,厚度为零。
3.实际存在的物质中的二维材料,如石墨烯,具有区别于块体材料的性质。
4.由于二维材料的能带结构可能与块体材料不同,它们展现出块体材料不具备的性质。
5.物理所的科研团队通过独创的原子级制造的范德华挤压技术制备了大面积、大气环境稳定的单层二维金属。
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抽象概念中的“二维”
在数学和几何学中,二维空间指的是“仅包含两个独立方向的空间”。更易于理解来说,仅由长度和宽度(在几何学中为X轴和Y轴)两个要素构成,其厚度为零。
物质世界中的“二维”
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二维材料的能带结构可能与块体材料不同,从而使二维材料具有块体材料不具备的性质。(能带理论是讨论晶体中电子运动行为的模型。通过能带之间的能隙,我们能判断晶体的导电性质,区分出导体、半导体和绝缘体。)
半导体、绝缘体和导体的能带结构示意图
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二维材料对外界的调控更敏感,可以通过调控达到体材料无法到达的状态。这是因为二维材料原子都在表面,没有被藏起来,体系的复杂度降低了。
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二维的体系中也蕴含着三维体系所没有的物理。当电子仅在二维平面中运动时,电子在垂直方向不再表现出自由电子的运动形式,其连续的能谱将量子化为分立的能级。在一些特殊的外部条件下,二维体系中会出现量子霍尔效应(低温强磁场下,二维电子系统的霍尔电导出现量子化平台)。
石墨烯 /Graphene
二维材料领域的蓬勃发展,始于2004年英国曼彻斯特大学Geim团队首次通过胶带剥离出仅有一层碳原子的石墨烯。
石墨烯晶格结构、首次分离出的石墨烯光学显微镜照片和其边缘的原子力显微镜图像
单层石墨烯的能带结构
石墨烯的量子霍尔效应
这些都说明了石墨烯作为二维材料,所展现出的不同于其块体材料的独特性质。
单层二硫化钼 /MoS2
二硫化钼隶属于过渡金属硫属化物(TMDs,小编真的没在骂人),是过渡金属硫属化物中研究最为广泛的一种半导体材料。
二硫化钼单层和块体的晶格结构
二硫化钼体材料、四层、双层和单层的能带结构
二维金属?怎么做到的?
再次形象地来说,假设金属是一块黄油,作者使用二硫化钼作为面包来裹住黄油,把黄油夹进两块面包之间,再放进电饼铛中,两面加热使黄油融化、加压让黄油变薄,这样就能得到一个黄油夹心三明治了!而黄油夹心此时已经被挤压成单层的了。
编辑:花卷