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研究人员通过将二维材料堆积在微弯的衬底上，“培养”出了扭转螺旋结构。
《科学》杂志当地时间10月23日发文称，来自美国威斯康辛大学麦迪逊分校（UWM）的Song Jin团队发现利用纳米颗粒可以控制单原子厚度材料的扭转螺旋结构生长。这种连续扭转的二维材料堆栈体表现出了新特性，科学家们可以利用这些特性，在纳米尺度上开展量子物理学研究。
Jin说：“这是二维材料研究的前沿。此前，科学家们已经意识到，只需在原子层间引入些许扭转角度，就能创造出非常有趣的物理特性（如超导性）。这方面的研究被称为‘扭转电子学’（Twistronics）。”
论文作者Yuzhou Zhao表示，制造扭转二维结构的标准方法是机械地将薄片材料叠加在一起，然后小心地将其扭转，调整角度。然而，研究人员发现，由于层间的相互作用实在太过微弱，他们很难有效控制扭转角度。于是，“如何让原子层在纳米尺度上以可控方式自行扭转”成为了该团队的主要挑战。
Jin等试图利用生长晶体中的螺旋位错制造螺旋结构。然而，为实现理想目标，他们改变了形成螺旋的基底——他们并未在平面上培育晶体，而是在螺旋的中心放置了一个纳米颗粒。在生长过程中，粒子破坏了平面，并为二维晶体的“成长”搭建了弯曲基底（曲面）。
研究人员发现，二维晶体形成了连续的多层螺旋，一层接着一层自然扭转，而层间的扭转角度则由二维晶体平面和生长曲面之间的不匹配诱导形成。
Zhao将这种直接在纳米颗粒上培育螺旋结构的方法称作“固定螺旋”模式。他还开发了一种能预测螺旋扭转角度的简单数学模型，发现建模的螺旋形状与实际生长结构匹配良好。“现在，我们可以基于理性模型来构建这些二维堆栈，不仅每层之间的扭转角度可控，其结构也是连贯的。”Zhao评价道。
在取得初步成果后，UWM的材料科学与工程学教授Paul Voyles和研究生Chenyu Zhang在电子显微镜下确认了螺旋结构中的原子排列。他们发现在相邻的扭转层中，原子会形成预期中的重叠干涉图案——莫尔图案。经测试，研究人员认为这种“精心培育”的扭转螺旋或能赋予材料特殊的光学特性。
科界原创
编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《科学》
期刊编号：0036-8075
原文链接：
https://phys.org/news/2020-10-two-dimensional-quantum-materials-surfaces.html
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