1+1+1>3，二維材料留不住，復合材料展宏圖

材料牛注：小學生都知道，數學式子1+1+1=3，但在材料科學中，這個式子就不成立了。美國科學家們，另辟蹊徑將三種性質普通的二維材料氮化硼、石墨烯、二硫化鉭結合起來，組成了新類型的復合材料，從而展示了極其優異的電通斷性能。下面就跟著科學家們來探索此次研究的奧秘吧！

研究人員已經發現，不同的二維材料之間進行有效的結合，可以形成性能優異的復合材料，它將具有組成它的單一二維材料所不具備的性能。比如，六方氮化硼由于帶隙較寬，從而表現出偽絕緣體的特性，但當它與如石墨烯等的純導體結合即可形成半導體材料，應用領域廣泛，尤其是在柔性電子材料領域起著重要的作用。

目前，加州大學河濱分校和喬治亞大學聯合成立的科研團隊將上述做法進一步改善，即在氮化硼和石墨烯中加入第三種二維材料二硫化鉭。由這三種二維材料形成的復合材料被研究人員應用于壓控振蕩器(VCO)中，再借助VCO的普遍應用，繼而應用在時鐘、收音機和電腦等器件上。

根據Nature Nanotechnology發表的一項研究顯示，研究人員首次制作了一個實用的裝置，它可以利用通過二維材料的電荷密度波來調節電流。電荷密度波是在線性鏈狀化合物或層狀晶體中的一個有序的電子陣列。研究人員制造的壓控振蕩器VCO器件作為超低功耗的選擇，可以替代現階段硅基材料的一些常規設備。而且由于VCO的靈活性，它甚至可應用于可穿戴設備。?“雖然目前來說依舊很難和硅材料設備競爭，畢竟硅材料設備在過去的50年間已經被使用非常成熟，改進非常完善了，但是我們相信三種不同的二維材料獨特整合而成的新器件，將充分有效利用原材料的固有特性。”研究團隊的領頭人，加州大學河濱分校伯恩斯工程學院的Alexander Balandin教授，在新聞稿中如是說道，“該設備由于其低功耗特性，有望在眾多領域的應用上成為傳統硅技術的替代者。”

研究人員將二硫化鉭添加到石墨烯和氮化硼中，產生了一種石墨烯所不具備的通斷開關特性。在他們的研究中，科學家們已證明了電壓的變化引起二硫化鉭的原子結構發生變化，使該器件能夠在室溫下作為一個電器開關使用。Balandin教授說道：“目前有許多的電荷密度波材料都具有有趣的電開關特性。但是其中大多數性只有在低溫下才能使用。我們使用特定多型的二硫化鉭，使得材料在室溫以上會發生電阻突變。這是一個關鍵性的區別。”在最終做成的器件中，氮化硼作為二硫化鉭的涂層來使用以防止其氧化。同時，石墨烯作為集成可調諧負載電阻器來使用，它可以控制電流和VCO頻率的電壓。

科研人員開發的第一個原件在無線電中使用的頻率就達到了兆赫茲(MHz)。另外，由于是在極速的物理過程中進行器件的表征，它運行時的頻率有望達到太赫茲(THz)。

參考原文鏈接：Compound 2-D Material Leads to a Practical Electronic Device

本文由編輯部丁菲菲提供素材，應豆編譯，李銳審核，點我加入材料人編輯部。

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