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據(jù)報(bào)道,由丹麥科技大學(xué)化學(xué)助理教授KasperSteenPedersen領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)合成了一種具有電學(xué)和磁學(xué)特性的新型納米材料,這將應(yīng)用在未來(lái)量子計(jì)算機(jī)和其他電子領(lǐng)域。
氯化鉻吡嗪(化學(xué)式CrCl2(吡嗪)2)是一種層狀材料,也就是是所謂的2D材料的前體。原則上2D材料僅具有單個(gè)分子的厚度,這通常導(dǎo)致其性能與相同成分的3D材料相差很大,尤其是在電學(xué)性能方面。在3D材料中,電子的運(yùn)動(dòng)可以是任意方向;而在2D材料中,只要電子的波長(zhǎng)大于2D層的厚度,它們就會(huì)被限制為水平移動(dòng)。
有機(jī)/無(wú)機(jī)混合物
石墨烯是一種最典型的二維材料。石墨烯由碳原子組成晶格結(jié)構(gòu),這使其具有顯著的強(qiáng)度。自2004年首次合成石墨烯以來(lái),科學(xué)家們已經(jīng)合成了數(shù)百種其他2D材料,其中一些可能應(yīng)用在量子電子領(lǐng)域。但這些材料如同石墨烯一樣都是無(wú)機(jī)的,而氯化鉻吡嗪是一種有機(jī)/無(wú)機(jī)混合材料。
“這種材料代表著一種新型的化學(xué)反應(yīng),我們可以替代其中的某些反應(yīng)模塊從而改變材料的物理和化學(xué)性質(zhì)。而在石墨烯中這是無(wú)法做到的。例如,人們不能用其他原子替換石墨烯中的一部分碳原子。這種方法可以更精確地設(shè)計(jì)2D材料的屬性。”Kasper Steen Pedersen解釋道。
除了電學(xué)性能外,氯化鉻吡嗪的磁學(xué)性能也可以精確的設(shè)計(jì)。這與“自旋電子學(xué)”密切相關(guān)。Kasper Steen Pedersen指出:“普通電子學(xué)只涉及到了電子的電荷,而自旋電子學(xué)涉及到了更深層次的量子力學(xué)性質(zhì)——自旋。這對(duì)于量子計(jì)算應(yīng)用非常有意義。因此,電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)對(duì)納米級(jí)材料的發(fā)展至關(guān)重要。”
二維材料的新世界
除了量子計(jì)算之外,氯化鉻吡嗪可能在未來(lái)的超導(dǎo)體、催化劑、電池、燃料電池和電子產(chǎn)品中引起關(guān)注。
企業(yè)并沒(méi)有立即生產(chǎn)這些材料,研究人員強(qiáng)調(diào):“現(xiàn)在還不是時(shí)候!現(xiàn)在仍處于基礎(chǔ)研究階段。由于我們采用一種不成熟的全新方法,好多問(wèn)題還有待解決。例如,現(xiàn)在還不能確定材料在不同的應(yīng)用中的穩(wěn)定性。然而即使氯化鉻吡嗪因?yàn)槟承┰蚨荒軕?yīng)用于各種場(chǎng)合,其合成背后的新理念仍然具有啟發(fā)意義。這扇通往更先進(jìn)2D材料世界的大門(mén)已經(jīng)打開(kāi)了。” |