具備全新電子特性的晶間材料發現

科技日報北京5月26日電 （記者張夢然）據最新一期《自然·材料》報道，美國羅格斯大學新不倫瑞克分校團隊發現了一類新型材料——晶間。這類材料展現出一種此前未被發現的電子特性，可能為更高效的電子元件、量子計算以及環保材料的發展帶來突破。

這項發現依託於現代物理學中的“扭曲電子學”技術，即通過以特定角度扭曲二維材料層來形成摩爾紋結構，從而改變材料內部電子的行為。這些特殊的結構配置可產生常規晶體中無法實現的新奇物理特性。

團隊首先將兩層超薄石墨烯堆疊在一起，每層都是一原子厚的碳原子片，排列成六邊形網格結構。隨後，他們在一層由硼和氮組成的六方晶體材料——六方氮化硼上，對其中一層石墨烯進行輕微的扭曲。結果這種微小的錯位形成了類似摩爾紋的圖案，類似於兩個細網屏重疊時出現的視覺效果。正是這種層間的細微結構變化，顯著改變了電子在材料中的傳輸行為。

這一發現為材料設計開闢了全新路徑。新材料之所以被命名為晶間，是因為它們兼具晶體與準晶體的特徵。它們像準晶體一樣具有非週期性的結構圖案，卻又保留了傳統晶體的某些對稱性。晶間材料使科學家能夠僅通過調整幾何結構來控制電子的行為，而不必依賴於改變材料的化學成分。通過深入研究和調控晶間材料中電子的獨特性質，科學家有望開發出更高效的晶體管、傳感器等電子器件，而這些功能以往需要更復雜的材料組合和加工工藝才能實現。

晶間材料的特性可能導致一系列新穎和異常的物理現象，例如超導性和磁性。它還有望用於低能耗電子器件和原子級傳感器，在量子計算機的構建中發揮關鍵作用，並能為新一代消費電子產品提供動力。未來還有望設計出完整的電子電路，其中每一項功能，如開關、傳感、信號傳輸等，都可以通過調節原子級別的幾何結構來實現，晶間材料或將成為這類未來技術的核心基礎。

扭一扭，新功能都有。科學家把兩層超薄石墨烯疊在一起，讓其中一層輕微扭動，如同把兩張紗網錯開疊放，形成波紋圖案，這改變了材料內部電子的運動方式，使其具有“超能力”。這種材料既像普通晶體，又像準晶體，於是被稱為“晶間”。只需調整原子排列結構，就能控制電子行為。科學家設想，用這種材料設計原子級電路，所有功能都可通過“結構變形”實現。未來，它還可成為高效電子設備、量子計算機甚至環保科技的基礎材料。