中國報告大廳網訊,在材料科學領域,探索新型物質形態與電子特性始終是推動技術革新的核心動力。近年來,科學家通過操控原子級結構設計,在二維材料中發現了顛覆傳統認知的物理現象。最新研究揭示了一類兼具晶體與准晶特徵的特殊材料——晶間材料,其獨特的結構可重新定義電子行為調控方式,為量子計算、環保科技和高效電子器件開闢了全新可能。
中國報告大廳發布的《2025-2030年中國電子行業市場調查研究及投資前景分析報告》指出,科學家通過「扭曲電子學」技術,在二維材料中實現了突破性發現。他們將兩層僅一原子厚的石墨烯堆疊,並對其中一層施加微小角度扭轉,使其與下方六方氮化硼襯底形成類似摩爾紋的周期性圖案。這種結構錯位不僅保留了傳統晶體的部分對稱性,還引入了非周期性的排列特徵——正是這微妙的幾何變化,使材料同時具備晶體和准晶的特性,成為名副其實的「晶間」新材料。
晶間材料的核心突破在於其對電子傳輸的精準控制。當兩層石墨烯以特定角度錯位時,形成的摩爾紋結構會顯著影響電子在材料中的運動軌跡和能量分布。與常規晶體不同,這種結構無需改變化學成分即可通過調整原子排列來調控電子行為,例如實現超導性或磁性的異常現象。實驗表明,晶間材料中電子的「自由度」被重新定義,為開發低能耗器件提供了全新路徑。
晶間材料的獨特性能正在引發跨學科的技術革新:在量子計算領域,其結構可編程性或能簡化複雜電路設計;環保科技方面,通過優化電子傳導效率,有望降低電子設備的能源消耗;而在消費電子產品中,原子級傳感器和高效電晶體的設計成本或將大幅下降。未來,科學家甚至設想構建全功能原子級電路——僅需調整晶間材料的幾何結構即可實現開關、傳感等完整電路功能。
截至2025年5月,這項研究已驗證了晶間材料在電子特性調控上的潛力。其核心優勢在於將「結構即功能」的理念推向原子尺度:通過精確控制層間扭轉角度和排列模式,科學家可定製化設計材料的物理屬性。這一發現不僅挑戰了傳統材料依賴化學成分變化的範式,更可能成為下一代量子計算機、環保能源系統及超高效電子器件的基礎技術。
總結
晶間材料的問世標誌著人類對物質結構與電子行為關係的理解進入新階段。通過「扭一扭」的幾何調整,「結構設計取代了元素替換」,這種創新思維或將徹底改變材料研發路徑。從基礎研究到產業應用,晶間材料正逐步證明其作為未來科技核心基石的價值——它不僅重新定義了晶體的邊界,更開啟了原子級工程的新紀元。