Herstellung und Anwendungen von Van-der-Waals-Heterostrukturen

Die Explosion zweidimensionaler Schichtmaterialien (2DLMs) mit verschiedenen einzigartigen Eigenschaften liefert grundlegende Bausteine ​​für Van-der-Waals-Heterostrukturen (vdWHs). Die mit verschiedenen Stapelanordnungen von 2DLMs integrierten vdWHs weisen viele vielversprechende Funktionalitäten in verschiedenen Bereichen auf, darunter Elektronik, Optoelektronik, Thermoelektrik, Sensorik sowie Energieumwandlung und -speicherung. Darüber hinaus machen die begleitenden neuartigen physikalischen Phänomene in vdWHs vdWHs zu einer perfekten Plattform für die Erforschung der Physik der kondensierten Materie, insbesondere in niederdimensionalen Bereichen.

Um den Anforderungen in verschiedenen Bereichen gerecht zu werden, wurden im letzten Jahrzehnt viele Strategien zur Herstellung von vdWHs entwickelt. Die durch verschiedene Herstellungsstrategien erhaltenen vdWHs unterscheiden sich in Schlüsseleigenschaften wie Schichtanzahl, Sauberkeit, Defektdichte und Grenzflächeneinheitlichkeit, die ihre Anwendungsleistung bestimmen.

Veröffentlichung in der Zeitschrift Internationale Zeitschrift für extreme Fertigunghat das Team unter der Leitung von Forschern der City University of Hongkong den aktuellen Stand der Entwicklung bei der Herstellung und Anwendung von vdWHs zusammengefasst, um rationalere Designs von vdWHs für eine tiefere Erforschung der niederdimensionalen Welt zu ermöglichen.

Das Team stellte den Mechanismus und den Prozess der wichtigsten Strategien zur Herstellung von vdWHs vor und verglich die Schlüsselmerkmale von vdWHs, die mit verschiedenen Methoden hergestellt wurden. Anschließend wurden die Einsatzmöglichkeiten von vdWHs in der Elektronik, Optoelektronik sowie Energiewandlung und -speicherung demonstriert. Auch die auf resonanten Emissionen basierenden Moiré-Übergitter als Repräsentanten aufkommender neuartiger physikalischer Phänomene wurden veranschaulicht. Abschließend wurden Herausforderungen und potenzielle Möglichkeiten der Herstellung und Anwendung von vdWHs skizziert.

Der Direktor des Forschungsteams, HE Qiyuan, sagte: „Es ist keine Übertreibung zu sagen, dass das Aufkommen zweidimensionaler Materialien uns einen neuen Weg für die weitere Erforschung der Welt eröffnet hat. Mit der Erforschung von 2D-Materialien haben die Forscher begonnen.“ daran zu arbeiten, die Eigenschaften und Leistung von 2D-Materialien zu modulieren und zu optimieren, um den Anforderungen verschiedener praktischer Anwendungen gerecht zu werden. Die Integration verschiedener 2D-Materialien in vdWHs ist eine der vielversprechendsten Strategien.“

„VdWHs bereichern nicht nur die 2D-Materialbibliothek erheblich, sondern werden auch von zahlreichen neuartigen und einzigartigen physikalischen Phänomenen und Eigenschaften begleitet, wie z Physik der kondensierten Materie Darüber hinaus ist die Designidee von vdWHs praktisch nicht auf 2D-Materialien beschränkt und zeigt auch ein großes Potenzial in Kollokationen von Materialien in verschiedenen Dimensionen, einschließlich 0D, 1D, 2D und 3D kohärente volldimensionale physikalische Modelle.“

Daher besteht ein dringender Bedarf, universelle und kontrollierbare Herstellungsverfahren für vdWHs zu entwickeln. Dieser Aufsatz diskutiert den Stand der Technik der vdWH-Herstellung, und die Hauptstrategien werden in vier Klassen eingeteilt: physikalische Kombination, Gasphasenabscheidung, solvothermale Synthese und synchrone Evolution.

Co-Erstautor Ph.D. Student QI Junlei sagte: „Die durch verschiedene Herstellungsverfahren erhaltenen vdWHs haben Vor- und Nachteile in Bezug auf ihre Eigenschaften und Leistung. Daher ist die Auswahl geeigneter Synthesemethoden in verschiedenen Anwendungsbereichen besonders wichtig.“

Diese Übersicht veranschaulichte das Integrationsdesign basierend auf den vdWHs in Elektronik, Fotodetektoren und energiebezogenen Anwendungen. Darüber hinaus diskutierte es die Grundlagenforschung zu neuartigen physikalischen Phänomenen, die durch Moiré-Übergitter repräsentiert werden. In Kombination mit den Anwendungsbeispielen lässt sich belegen, dass die geeigneten Anwendungen von vdWHs, die durch verschiedene Syntheseverfahren gewonnen werden, sehr unterschiedlich sind.

Zum Beispiel sind relativ kontrollierbare mechanische Baugruppen ideal, um physikalische Phänomene zu untersuchen, die hochwertige Schnittstellen erfordern. Inzwischen sind solvothermale Methoden mit hohen Ausbeuten und mehreren aktiven Zentren besser geeignet für Anwendungen wie Katalyse und Energiespeicherung.

Dr. He sagte: „Bemerkenswerte Fortschritte wurden in den letzten zehn Jahren bei der Herstellung und Anwendung von vdWHs erzielt, aber unsere Ausgrabung von vdWHs ist immer noch die Spitze des Eisbergs. Einerseits eine allgemeine Synthesemethode für das Skalierbare und Kontrollierbare Die Herstellung von vdWHs by Design ist noch nicht realisiert, und der Widerspruch zwischen hoher Qualität und hoher Ausbeute bleibt ungelöst.

„Obwohl Herausforderungen allgegenwärtig sind, hat die Leistung von Geräten auf der Basis von vdWHs viele traditionelle Materialien übertroffen. Sie können verwendet werden, um physikalische Phänomene aufzudecken und zu untersuchen, die mit herkömmlichen Methoden nicht realisierbar waren. Es ist unbestreitbar, dass vdWHs zu einer Kraft geworden sind, mit der man rechnen muss multidisziplinäre Forschung und multidisziplinäre Anwendungen.“