低维与纳米尺度系统
范德华异质结构
/ van-der-VAHLS HET-er-oh-STRUK-cher /
设想只用一张张纸来搭东西,办法就是把它们一张张叠上去——不用胶、不用钉,单是堆叠。纸页靠它们天生那点微弱的黏性彼此贴住,而你可以随意安排顺序:先一种纸,再一种,再第三种。范德华异质结构正是这样搭起来的,只不过这些“纸页”是一个原子厚的晶体。
范德华异质结构是一摞不同的二维材料,一层叠一层放在一起,仅靠微弱的范德华吸引维系——正是这种温和的拉力让平整的表面轻轻相黏。由于这些薄片在缝隙两侧并未发生化学成键,几乎任意材料都能组合,而不管它们的原子按常理是否合得来,这就把工程师从“叠在一起的晶体必须彼此匹配”这条老规矩里解放了出来。每一层都保留着自己的个性,但让它们相接触,就能让电子和光以全新的方式在它们之间穿行。
这种堆叠之所以重要,是因为它把扁平材料变成了一种原子积木:通过挑选层和它们的顺序,研究者能从头设计出定制的电学与光学行为。诚实的提醒是:各层必须以极其细心的方式清洁和对齐——夹进一粒灰尘、起一道褶皱、或层与层之间一点点扭转,都可能彻底改变、甚至毁掉器件的行为。
一种常见的做法,是把一张石墨烯夹在两张氮化硼之间,氮化硼是一种原子级平整的绝缘体。氮化硼为石墨烯遮挡了起伏和杂散电荷,让它的电子滑行得如此干净,使整个堆叠显露出裸露的石墨烯薄片会掩盖掉的物理。
把石墨烯夹进氮化硼中,能为它的电子遮挡干扰,显露出被掩盖的物理。
之所以能随意堆叠任意各层,恰恰来自层间维系靠的是范德华作用而非化学键:普通靠化学键黏在一起的晶体,必须有彼此十分接近的原子间距,而松松叠起的薄片在缝隙两侧并不受这种约束。
又称
另见