瑞士研究人员发明出二维材料鉴别新方法

2018年3月9日13:35:02 发表评论 645 views



材料,只包含几层原子,将成为纳米技术的未来。它们带来了潜在的新应用,能够被用于小型化、高性能、节能型的电子器件。二维材料在15年前被发现,但目前为止只有几十种该类材料被合成出来。现在,由于瑞士洛桑联邦理工学院的材料理论与仿真实验室(THEOS)开发出的一种方法,许多更有希望的二维材料也能被鉴别出来。该成果最近被发表在《自然纳米技术》期刊上,并成为该刊物的封面标题。

首类被分离出来的二维材料是石墨烯,于2004年实现,这项成果使其研究人员获得了2010年的诺贝尔奖。这标志着电子技术开始进入全新的时代,因为石墨烯不但重量轻、透明、富有弹性,而且还是一种电的优良导体。这为通往光伏和光电技术等大量新应用领域开辟了途径。

THEOS实验室研究人员、该研究的第一作者尼古拉斯·慕内表示:“为了找到具有类似性质的其他材料,我们重点研究了剥离方法的可行性,但是我们采用的是数字化方法,而不是诺贝尔奖获得者所采用的在石墨上粘胶条,看看是否可以将石墨剥离的方法。”

分析了10万余种材料

研究人员开发出一种算法,用于检测和仔细分析记录在外部数据库中超过10万种三维材料的结构。在此基础上,研究人员创建了一个包含大约5600种可能二维材料的数据库,其中1000余种含有特别有发展前途的特性。换而言之,他们为纳米研究专家创建一座宝库。

为了建立这个数据库,研究人员采用了一种循序渐进的消除步骤。首先,他们识别出由分离层状结构构成的所有材料。随后,研究人员进一步研究材料的化学成分,并计算将层状结构分离所需要的能量,主要关注不同层的原子相互作用比较弱的材料,其中一些材料的层与层之间通过范德华力相互结合。

大量备选二维材料

在最初确定的约5600种材料中,研究人员挑出约1800种结构有望被剥离的,包括1036种特别柔易被剥离的材料。这代表今天已知的可能二维材料的数量有了相当程度的增加。随后,研究人员选取了258种最有希望的材料,根据其磁性、电子、机械、热和拓扑性质加以分类。

研究人员开发了名为AiiDA的软件,它描述了每一种材料在工作流程中被发现的计算过程,并存储了每个阶段计算的全部出处。通过这一软件可以重新生成上述研究人员的计算过程。如果没有该软件,合并和处理不同类型的数据将极为困难。发现新型二维材料的工作流程是面向公众的,世界上的任何人都可以重复相关二维材料的计算,也可以将其应用到任何新型材料中去,以发现它是否可以被剥离。(工业和信息化部电子第一研究所 王巍)

 

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