低維與奈米尺度系統
凡得瓦異質結構
/ van-der-VAHLS HET-er-oh-STRUK-cher /
設想只用一張張紙來搭東西,辦法就是把它們一張張疊上去——不用膠、不用釘,單是堆疊。紙頁靠它們天生那點微弱的黏性彼此貼住,而你可以隨意安排順序:先一種紙,再一種,再第三種。凡得瓦異質結構正是這樣搭起來的,只不過這些「紙頁」是一個原子厚的晶體。
凡得瓦異質結構是一摞不同的二維材料,一層疊一層放在一起,僅靠微弱的凡得瓦吸引維繫——正是這種溫和的拉力讓平整的表面輕輕相黏。由於這些薄片在縫隙兩側並未發生化學成鍵,幾乎任意材料都能組合,而不管它們的原子按常理是否合得來,這就把工程師從「疊在一起的晶體必須彼此匹配」這條老規矩裡解放了出來。每一層都保留著自己的個性,但讓它們相接觸,就能讓電子和光以全新的方式在它們之間穿行。
這種堆疊之所以重要,是因為它把扁平材料變成了一種原子積木:透過挑選層和它們的順序,研究者能從頭設計出定制的電學與光學行為。誠實的提醒是:各層必須以極其細心的方式清潔和對齊——夾進一粒灰塵、起一道褶皺、或層與層之間一點點扭轉,都可能徹底改變、甚至毀掉器件的行為。
一種常見的做法,是把一張石墨烯夾在兩張氮化硼之間,氮化硼是一種原子級平整的絕緣體。氮化硼為石墨烯遮擋了起伏和雜散電荷,讓它的電子滑行得如此乾淨,使整個堆疊顯露出裸露的石墨烯薄片會掩蓋掉的物理。
把石墨烯夾進氮化硼中,能為它的電子遮擋干擾,顯露出被掩蓋的物理。
之所以能隨意堆疊任意各層,恰恰來自層間維繫靠的是凡得瓦作用而非化學鍵:普通靠化學鍵黏在一起的晶體,必須有彼此十分接近的原子間距,而鬆鬆疊起的薄片在縫隙兩側並不受這種約束。
又稱
另見