任性！这篇Science，把二维材料扭到极致！
纳米人
2020-10-27
2019年，内布拉斯加大学林肯分校Peter Sutter, Shawn Wimer, Eli Sutter等报道了在气-液-固生长过程中生长GeS纳米线的过程中，沿着纳米线的轴方向进行层状堆叠生长，并且展现了沿轴向的位错，进而产生轴手性。轴手性的旋转角度、旋转能够通过纳米线的壁厚度进行调控。图1. Chiral twisted van der waaals nanowires (Nature 2019, DOI：10.1038/s41586-019-1147-x)同样在2019年，美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室Jie Yao等报道了GeS纳米片堆叠的纳米线生长过程中，引入螺旋位错，在二维结构中实现连续扭曲GeS堆叠结构。图2. Helical van der Waals crystals with discretized Eshelby twist (Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1308-y)有鉴于此，威斯康星大学麦迪逊分校金松等展示了一种在非欧氏界面生长二维材料的普适性模型，在非欧氏界面上生长，合成了螺旋型位错结构的WSe2、WS2螺旋体，呈现出连续扭曲的多层超结构。该方法在能够沿着界面上的螺旋体生长超扭曲结构。结构表征结果显示，晶格的扭曲对应于不同层中的几何扭曲，实现了在相邻的不同原子层之间形成moiré超晶格，通过STEM表征验证能够在形成的moiré晶格中，扭转角度在较大范围内可调控。该合成方法的实现将大力促进二维扭角结构材料的物理、化学、量子学性能的研究。在SiO2/Si平坦界面上担载纳米粒子（粒径＜100 nm WO3纳米粒子或200 nm SiO2纳米球），通过水蒸气辅助化学气相沉积方法（金属硫化物作为反应物，H2O作为传输试剂）从而在在基底上生长二维材料。通过控制圆锥状纳米粒子结构，能够控制生长过程中二维材料扭转角度和方向。
欧氏几何结构是构建我们熟悉的世界的数学模型，把事物描述成平面、直线、角度几个维度；非欧氏几何结构描述了一种弯曲空间，其中“直线”是弯曲的，并且在一个正方形中角度之和不再是360°。从非欧氏几何结构模型出发，人们能够在合成材料中发现更多可能性。分别在SiO2/Si基底上生长WSe2、WS2，发现和建模结果能够很好的符合。
如图所示，计算机模拟了不同扭转角度（3°，5°，10°，15°）中的生长过程，并且在实验中得以验证。在＞30层的WS2材料中发现随着层增加，扭转角度呈线性增加。图6. 二维材料在不同基底模式（欧氏/非欧氏结构）中的生长情况Yuzhou Zhao, Chenyu Zhang, Daniel D. Kohler, Jason M. Scheeler, John C. Wright, Paul M. Voyles and Song Jin*Supertwisted spirals of layered materials enabled by growth on non-Euclidean surfaces, Science 2020, 370, 442-445.DOI：10.1126/science.abc4284https://science.sciencemag.org/content/370/6515/442Do the twist: Making two-dimensional quantum materials using curved surfaceshttps://phys.org/news/2020-10-two-dimensional-quantum-materials-surfaces.htmlSutter, P., Wimer, S. & Sutter, E., Chiral twisted van der Waals nanowires. Nature 2019, 570, 354-357.DOI：10.1038/s41586-019-1147-xhttps://www.nature.com/articles/s41586-019-1147-xLiu, Y., Wang, J., Kim, S. et al., Helical van der Waals crystals with discretized Eshelby twist, Nature 2019, 570, 358-362DOI：10.1038/s41586-019-1308-yhttps://www.nature.com/articles/s41586-019-1308-y
