纳米工程技术可以帮助探索和扩展下一代电子产品

 
信用：彼得·萨特(Peter Sutter)/斯科特·斯拉格(Scott Schrage)只需添加硫即可。
内布拉斯加州的工程师彼得和伊莱·萨特(Eli Sutter)表明，元素调味品可以通过在多层经典产品上添加字面含义来为纳米材料三明治加香料。
这种扭曲，即每个原子薄层相对于其下面的一层旋转30度，可以帮助激活全球五星级实验室的技术菜单：新兴的电子或光学特性，更快的速度，更小的空间内的更多功能。
在过去的十年中，工程师一直在为所谓的范德华异质结构拟定和测试配方：可以按顺序排列的原子薄晶体层堆叠。与同质结构(在纳米级上相当于一块火腿)相比，异质结构可能具有五香熏牛肉，意大利辣香肠和胡椒杰克的切片，它们全部由相邻原子层之间的弱范德华力保持在一起。
电气和计算机工程学教授彼得说：“这种堆叠为我们提供了许多可能性，因为它使我们能够混合和匹配大量可用的材料库。”
工程师们很快发现，多样性通常可以在两种不同材料相遇的区域中培育出技术上有趣的特性，而这些特性否则很难或不可能被再现。然后，几年前，研究人员开始探索旋转范德华堆栈中各层的效果。他们发现，层的未对准还会产生有趣的结果-例如，将一种材料转变为超导体，或者改变半导体的发光方式。
尽管范德华力较弱，但相邻层仍强烈希望保持对齐。一层一层地手动堆叠可以解决此问题，但需要极高的精度，更重要的是，这需要大规模的小型技术制造商所没有的时间。
机械和材料工程教授埃利说：“它不能以任何(有意义的)方式进行扩展。” “如果要开发基于扭曲的范德华堆栈的应用程序，则无法想象工厂的工人坐在那里，用手将这些零件彼此叠放。
“一个人必须一次手动堆叠一个小薄片。要制造一台设备，也许可以工作。要制造十个，也许(只是)单调乏味。但是，超出这一范围肯定是遥不可及的。”
因此，萨特人与阿尔托大学和怀俄明大学的同事一起，决定尝试另一种策略：直接合成扭曲的烟囱。但是，进行管理意味着克服了薄膜生长的基本原理：每个增加的层都有从下层晶体继承其取向的趋势。
彼得说：“我们认为，如果我们能先生长出某种其他晶体，然后将其转变成所需的晶体，那么也许这种中间晶体而不是下面的基质可以决定最终产品的方向。”
他们从二硫化锡的载体开始，二硫化锡是每个锡原子都有两个硫原子的化合物，可用作层状半导体。在二硫化锡基体上生长了原子上较薄的一硫化锡层(一个硫原子，一个锡)后，研究小组用硫蒸气使该一硫化锡饱和。
如所期望的，单硫化锡自发地转化为二硫化锡。但是，由于单硫化锡晶体以矩形晶格生长(与二硫化锡的六角形结构相反)，因此新转化的第二层晶格相对于支撑晶体呈30度扭曲。当研究人员重复该过程时，第三层从第二层获取提示，相对于它旋转30度，相对于第一层旋转60度。
为了证明该方法的通用性，该团队在用其他两种范德华半导体(二硫化钼和二硫化钨)代替了二硫化锡衬底后，获得了同样的成就。
扭曲的异质结构显示出有望改变原子薄半导体的一个基本方面：其带隙。半导体中的电子在不受干扰的情况下，各自具有一定量的能量-在称为价带的一系列不同的能量值范围内。当受到热或光激发时，这些电子跳到更高的能量值范围(导带)，使它们像电流一样流动。这两个带之间的间隙或带隙有助于决定半导体材料如何传导电流以及吸收或发射光。
彼得说：“因此，如果您玩这个令人困惑的游戏，可能会出现一些非常有趣的属性。”
他说，可以为下一代微电子和光电提供信息的相同扭曲也让人联想到古罗马和伊斯兰教的马赛克，创造了一种准晶体的贴图图案，该图案填充了空间，而不是像普通晶体那样周期性地重复相同的基本单元 可以，但是可以产生多个互补的形状。
彼得说，尽管这种扭曲代表着克服范德华对准趋势的胜利，但掌握扭曲的异质结构仍然提出了巨大的挑战。
他说：“这是一个开始。” “这还不能完全令人满意，因为例如我们不能(选择)我们想要的扭转角。
“但是至少它不再是零度了。”