近年来，工程师们已经找到了一些方法来修改一些只有一个或几个原子厚度的“二维”材料的性质，方法是将两层材料堆叠在一起，并使其中一层相对另一层稍微旋转。亚博网站下载这就产生了我们所知的moiré模式，在这里，两个薄片之间原子排列的微小变化就会产生更大规模的模式。它还以潜在的有用方式改变了电子在材料中移动的方式。
但对于实际应用，这种二维材料必须在某些时候与普通的3D材料世界连接。亚博网站下载由麻省理工学院研究人员领导的国际团队现在已经提出了一种成像这些界面的成像方式，下降到单个原子的水平，以及将2D-3D边界的Moiré模式与材料的变化相关联属性。
这项新发现发表在今天的杂志上自然通讯这篇论文由麻省理工学院研究生Kate Reidy和Georgios Varnavides、材料科学与工程教授Frances Ross、Jim LeBeau和Polina Ani亚博网站下载keev亚博老虎机网登录a以及麻省理工学院、哈佛大学和加拿大维多利亚大学的其他五位教授撰写。
对二维材料，如石墨烯或六方氮化硼，当两个薄片只是相亚博网站下载对于彼此轻微扭曲时，它们的行为会出现惊人的变化。
这使得像铁丝网一样的原子晶格形成moiré模式，这种奇怪的条带和斑点有时会在拍摄打印图像时出现，或通过窗纱。对于二维材料，亚博网站下载“它似乎有任何东西，你可以想到的每一个有趣的材料属性，你可以以某种方式调节或通过互相扭亚博网站下载曲2D材料来调节或改变，”麻省理工学院艾伦·斯沃洛·理查兹教授罗斯说。
她说，虽然这一2D配对引起了全球科学的关注，但对于发生的2D材料符合常规3D实体时，众所周知。亚博网站下载
“是什么让我们对这个话题感兴趣，”罗斯说,“当2D材料和3D材料放在一起时会发生什么?”其次，3D-2D界面和2D-2D界面的区别是什么?第三，你如何控制它?有没有一种方法来精心设计界面结构?”产生所需的性质 -
想要弄清楚在这样的2D-3D界面上发生了什么是一项艰巨的挑战，因为电子显微镜会产生投影的样品图像，而且它们提取分析界面结构细节所需的深度信息的能力有限。
但该团队找到了一套算法，使他们能够从样本的图像中推断出这些图像，这些图像看起来有点像一组重叠的阴影，从而找出堆叠层的哪种配置会产生复杂的“阴影”。
该团队利用麻省理工学院的两台独特的透射电子显微镜，实现了世界上无与伦比的组合能力。在其中一种仪器中，显微镜直接连接到制造系统，这样样品可以通过沉积过程现场生产，并立即直接送入成像系统。
这是全球仅使用超高真空系统的少数此类设施之一，该系统可以防止最小的杂质污染样品作为2D-3D界面。第二仪器是扫描透射电子显微镜，位于麻省理工学院的新研究设施MIT.NANO。
该显微镜具有出色的高分辨率成像稳定性，以及收集样品信息的多种成像模式。
与堆叠的2D材料不同，后者的方向可以亚博网站下载通过简单地拿起一层，稍微扭转它，然后再放回原位而相对容易改变，而将3D材料连接在一起的键要牢固得多，所以团队必须开发新的方法来获得对齐的层。
为此，它们将3D材料添加到超高真空中的2D材料上，选择具有以特定程度的扭曲自组装的层自组装的层。“我们必须发展一种结构，以某种方式与之相一致，”蕾迪说。
在培育出这些材料后，他们必须弄清楚亚博网站下载如何揭示不同层的原子构型和方向。
扫描透射电子显微镜实际上比平面图像能显示更多的信息;事实上，图像中的每一点都包含了电子到达和离开(衍射过程)的路径的细节，以及电子在这个过程中失去的任何能量。
所有这些数据都可以分离出来，这样图像中所有点的信息都可以用来解码实际的固体结构。这个过程只适用于最先进的显微镜，比如麻省理工学院的显微镜。纳米，产生异常狭窄和精确的电子探针。
研究人员使用了一种称为4D杆和集成差分相位对比的技术的组合，以实现从图像中提取完整结构的过程。然后，瓦纳瓦德说，他们问道，“现在我们可以在界面上描绘出完整的结构，这对我们理解界面的特性意味着什么?”
研究人员通过建模表明，电子性质有望以一种只有在物理理论中包含完整的界面结构时才能理解的方式被修改。”我们发现，这种堆叠，即原子在平面外堆叠的方式，确实调节了电子和电荷密度特性。”他说。
罗斯说，例如，这些发现可以帮助改进某些微芯片中的连接。“设备中使用的每一种2D材料都必须存在于3D世界中，所以它必须以某种方式与三维材料连接，”亚博网站下载她说。
所以，有了对这些界面的更好理解，以及研究它们的新方法，“我们正处于良好的状态，以一种有计划的方式，而不是特别的方式，来建造具有理想属性的结构。”
＂所使用的方法有潜力从获得的局部衍射图样计算局部电子动量的调制。”他补充说:“这里所展示的方法和研究对材料科学界具有突出的前景和很高的兴趣。”亚博网站下载亚博老虎机网登录
大卫·钱德勒(David L. Chandler)，麻省理工学院新闻办公室
论文:“moiré超晶格在2D/3D界面上的直接成像和电子结构调制．
https://www.nature.com/yabo214articles/s41467-021-21363-5
