一種充滿驚喜的二維材料

二維材料可以用薄的晶體片來制備，厚度可薄到單原子層的大小——只有一個或幾個原子那么厚。在單層材料中，電子的運動方式會：像棋盤游戲中的棋子一樣，可以前后左右、也可沿對角線移動，但是不能上下移動——電子運動的這種，使得單層結(jié)構(gòu)具有成為二維材料的功能。

二維領(lǐng)域揭示的是量子力學(xué)所的諸多性質(zhì)。自一個單層石墨烯于2004年亮相以來，科學(xué)家已經(jīng)成功分離出許多其他的二維材料，并發(fā)現(xiàn)，它們都具有物理和化學(xué)性質(zhì)。這些性質(zhì)或許能為計算機和通信等多個領(lǐng)域帶來革命性的變化。

WTe?的二維形式可以經(jīng)歷“鐵電開關(guān)”（ferroelectric switching）：當(dāng)兩個單層結(jié)合在一起時，產(chǎn)生的“雙層”會自發(fā)地發(fā)生電極化。這種極化可以通過外加的電場，在兩個相反的狀態(tài)之間翻轉(zhuǎn)。

具有鐵電性質(zhì)的材料可被應(yīng)用于內(nèi)存存儲、電容器、RFID卡、甚至是傳感器上。

研究人員用三維晶體形式制造出WTe?單分子層，然后再將它們移到一個無氧的箱中，以WTe?降解，他們使用透明膠帶將WTe?的薄片從晶體中剝離——這是一種用于分離石墨烯和其他二維材料的。當(dāng)這些薄片被分離出來后，科學(xué)家可以測量它們的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而導(dǎo)致了鐵電性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)。

WTe?是目前剝離出的一個表現(xiàn)出鐵電開關(guān)的二維材料。在此發(fā)現(xiàn)之前，科學(xué)家只在電體中看見過鐵電開關(guān)。但顯然，WTe?并不是電體，它實際上是一種金屬，盡管不能算得上是好的金屬。WTe?還能在室溫下保持鐵電開關(guān)的性質(zhì)，而且它的轉(zhuǎn)換是的、且不隨著時間的推移而退化的，這與許多傳統(tǒng)的三維鐵電材料有所不同。這些性質(zhì)或許能使WTe?比其他鐵電化合物成為更有應(yīng)用前景的材料。

研究人員認為，他們在WTe?材料中看到的物理性質(zhì)意味著，在二維材料中，他們能觀察到各樣的新現(xiàn)象。

在拓撲體中，電子的波函數(shù)（即電子的量子力學(xué)狀態(tài)的數(shù)學(xué)描述）有一種內(nèi)在的扭曲。正因為這種扭曲存在困難，才使得拓撲體可被應(yīng)用于量子計算（試圖利用電子、原子或晶體的量子力學(xué)屬性，產(chǎn)生計算能力比當(dāng)今要快得多的領(lǐng)域）中。

由于到目前為止，研究人員對WTe?作出的測量結(jié)果都或多或少的帶來了的驚喜，因此他們計劃將繼續(xù)對單層的WTe?材料進行更深入地探索，以求獲得更多的發(fā)現(xiàn)。

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