这样一个世界的物理性质有点类似于现代2D材料如石墨烯和过渡金属二硫属化合物,其中包括二硫化钨(WS2)、二硫化钨(WSe2)、二硫化钼(MoS2)和二硫化钼(MoSe2)。
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现代2D由单原子层组成,虽然电子可以在二维中移动,但它们在第三维的运动则会受到限制。由于这种“挤压”,2D材料增强了光学和电子性能,在能源、通信、成像和量子计算等领域的下一代超薄器件显示出巨大的前景。
通常情况下,对于所有这些应用,2D都被设想成平放排列。然而不幸的是,这些材料的强度也是它们最大的弱点--它们非常薄。这就意味着,当它们被照亮时,光能跟它们相互作用的厚度非常小,这就限制了它们的用途。为了克服这个缺点,研究人员开始寻找新的方法从而将2D材料折叠成复杂的3D形状。
在我们的3D宇宙中,2D材料可以排列在彼此之上。为了扩展《平面国》的比喻,这样的安排实际上代表了一个平行世界,里面居住着注定永远不会相遇的人。
现在,来自英国巴斯大学物理系的科学家们已经找到一种方法来将WS2 2D薄片转变为一个3D结构。这种特殊的3D排列被称为“纳米网”:一种由密密麻麻、随机分布的堆叠组成的网状网络,其中包含扭曲和/或融合的WS2薄片。
在《平面国》中,这类修改将允许人们进入彼此的世界。领导这项研究的Ventsislav Valev教授表示:“我们并不是一开始就想让平面国的居民感到痛苦,但由于我们在2D材料的纳米工程中设计了许多缺陷,这些假设中的居民会发现他们的世界非常奇怪。”
Adelina Ilie博士和她以前的博士生、博士后Zichen Liu一起开发了这种新材料,她指出,改进的能源景观是他们研究的关键,“这证明,将2D材料组装成3D排列不仅会产生‘更厚’的2D材料还会产生全新的材料。我们的纳米网在技术上很容易制造,并且它还提供了可调节的材料属性以满足未来应用的需求。”
Valev教授补充称:“纳米网具有非常强的非线性光学特性--它能有效地将一种激光颜色转换为另一种颜色。我们的下一个目标是将其用于硅波导以开发量子光通信。”
参与了这项研究的Alexander Murphy则表示:“为了揭示修改后的能量景观,我们设计了新的表征方法,我期待着将这些方法应用到其他材料上。谁知道我们还能发现什么呢?”
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