美國斯坦福大學教授Hemamala Karunadasa領導的團隊在《科學》雜誌中報告了一種更簡單、快捷的複雜材料自動組裝方法。他們用鈣鈦礦培育了二維層，並在大晶體中與其他薄層材料交叉和自組裝。
兩種二維材料——鈣鈦礦（藍色）和金屬鹵化物（黃色）的自組裝行為。
將超薄薄膜材料相互疊加，可以製造出奇特的新材料。然而，堆疊材料的過程並不適合大規模生產。當地時間9月16日，美國斯坦福大學教授Hemamala Karunadasa領導的團隊在《科學》雜誌中報告了一種更簡單、快捷的複雜材料自動組裝方法。他們用鈣鈦礦培育了二維層，並在大晶體中與其他薄層材料交叉和自組裝。
自組裝過程在反應瓶中進行，各薄層的化學成分在水中翻滾，槓鈴狀的分子引導著動向。槓鈴分子的每一端都連線有一種可成長為薄層的模板。當薄層結晶時，槓鈴分子會自動將它們按適當的順序連線在一起。時任Karunadasa實驗室博士後研究員的Michael Aubrey說：“最酷的事實是，這些複雜的層狀材料會自發結晶。這種新方法的通用性讓我們感到非常振奮。我們不是一次操縱一層材料，而是將化學原料一次性倒入反應器內，讓它們按照自己的想法組裝。”
Aubrey指出，鹵化物鈣鈦礦具有與天然鈣鈦礦相似的八面體結構，其組裝過程通常是在水中進行的。這類材料在太陽能電池領域有很大的應用潛力，然而，它們的穩定性比較差。讓鈣鈦礦和其他材料組合成層狀材料，不僅有望結合兩者的優點，還可能獲得意想不到的介面特性——比如，科學家們曾證實，將兩種不同型別的絕緣薄膜堆疊可以製成導體。可惜的是，層狀材料堆疊組合後的效能很難預測，製造條件也十分苛刻。Karunadasa說：“這型別的生產工藝不具有可擴充套件性。有時，你甚至無法用同一種方法制造出兩批次相同的產品。剝離出的原子層是相當脆弱的，你很難確定堆砌出的最終結構。”
Karunadasa團隊研究生Abraham Saldivar Valdes開發了一種新的分層結構自組裝方法，另一名研究生Bridget Connor對該方法進行了擴充套件。他們最終制作了六種自組裝材料，並用X-射線檢視了它們的結構。結果顯示，在大多數結構中，槓鈴分子將層間稍微分離。而在其中一種結構中，槓鈴分子使各層直接接觸，進而形成了化學鍵。Karunadasa說：“這種層間連線結構非常關鍵，因為它可能導致突變性質，例如分佈在兩層的電子激發。在這種特例中，當應用光轟擊材料以釋放電子，併產生帶正電的空穴時，我們發現電子和空穴分別出現在不同的層中。這對我們的研究非常重要，因為它意味著研究人員能夠透過調整層環境來定製電子行為。”
編譯：德克斯特 審稿：西莫 責編：陳之涵
期刊來源：《科學》
期刊編號：0036-8075
原文連結：https://phys.org/news/2021-09-simple-complex-semiconductors.html
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