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萊斯大學(xué)材料科學(xué)家Boris Yakobson和他的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了鐵電二維材料的一個(gè)特性，該特性有可能被作為未來(lái)設(shè)備的一個(gè)特征加以利用。根據(jù)發(fā)表在ACS Nano上的一項(xiàng)研究，單層鐵電材料由于具有響應(yīng)電刺激而彎曲的能力，可以被控制作為一個(gè)納米級(jí)的開(kāi)關(guān)，甚至是一個(gè)電機(jī)。

單層或二維材料通常由單層原子組成，這意味著它們只有幾納米的厚度。近年來(lái)，由于它們的物理、電氣、化學(xué)和光學(xué)特性，它們受到了極大的關(guān)注，這使得它們?cè)趶南M(fèi)電子到醫(yī)療和工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用中都很有用。

“二維材料非常薄而且非常靈活，”Yakobson說(shuō)，“在單層鐵電體中，這產(chǎn)生了一種意想不到的自發(fā)的、活躍的彎曲行為。我們?cè)谶@項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的新穎之處在于，鐵電狀態(tài)與材料的彎曲或屈曲之間存在著聯(lián)系或耦合。這項(xiàng)工作將一類(lèi)二維材料的基本屬性的發(fā)現(xiàn)或預(yù)測(cè)與實(shí)際應(yīng)用角度結(jié)合起來(lái)?！?/p>

“有趣的是，這些原子并不完全相同，”萊斯大學(xué)博士后研究助理兼該項(xiàng)研究的主要作者張俊杰解釋說(shuō)，“它們中的一些較大，一些較小，所以層的對(duì)稱(chēng)性被打破。”

偏振驅(qū)動(dòng)較大的原子到二維材料層的一側(cè)，較小的原子到另一側(cè)。原子或離子的這種不對(duì)稱(chēng)分布導(dǎo)致材料表面在鐵電狀態(tài)下彎曲。

“因此，在鐵電狀態(tài)下，材料不是保持平坦，而是會(huì)彎曲，”Yakobson說(shuō)，“如果希望切換極化，可以通過(guò)施加電壓來(lái)切換它，還可以控制它的彎曲方向。這種可控行為意味著它本身就是一個(gè)致動(dòng)器。”

致動(dòng)器是將任何信號(hào)——在許多情況下是電信號(hào)，但也可以是不同種類(lèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械位移的設(shè)備。

該研究將二維磷化銦（InP）作為鐵電體類(lèi)別的代表，對(duì)其預(yù)測(cè)了這種特性。

“這種新的特性或彎曲行為必須在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)特定物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，”Yakobson說(shuō)，“它最可能的用途將是作為一種開(kāi)關(guān)。這種行為非?？?，非常敏感，這意味著通過(guò)一個(gè)非常微小的局部信號(hào)也許就可以打開(kāi)一個(gè)渦輪機(jī)或電動(dòng)引擎，或控制自適應(yīng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的鏡子。這基本上就是這些致動(dòng)器的本質(zhì)。就好比當(dāng)你駕駛汽車(chē)時(shí)，你有很多旋鈕和開(kāi)關(guān)，它使一切變得非常容易。你不必再搖開(kāi)你的車(chē)窗，輕點(diǎn)開(kāi)關(guān)就可以完成?！?/p>

該研究由美國(guó)陸軍研究辦公室和海軍研究辦公室資助，通過(guò)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的ACCESS計(jì)劃提供計(jì)算資源。

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