写道氮杂2020年6月29日
美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)领导的一个团队利用一个简单的过程，将原子精确地植入超薄晶体的顶层，产生了具有不同化学成分的双面结构。
在双面罗马上帝之后，所得材料欧洲杯足球竞彩称为Janus结构，可能在开发能源和信息技术方面是有用的。
“我们只能在一个只有三个原子厚的层中取代和替换最顶层的原子，当我们完成时，我们有一个美丽的Janus Monolayer，顶部的所有原子都是硒，中间的钨和钨硫磺在底部，“奥尔尔的大卫·北河，研究的高级作者，发表在ACS纳米是美国化学学会的杂志。“这是Janus 2D晶体首次由这种简单的过程制造的。”
玉川林，前奥尔尔博士后研究研究，补充道，Janus单分子层是一种有趣的材料，因为它们具有二维形式的永久偶极矩欧洲杯足球竞彩，这使它们能够在光电和量子信息等应用中分离电荷。有了这个简单的技术，我们可以把不同的原子放在不同层的顶部或底部，以探索各种其他的双面结构。”
该研究探测称为过渡金属二甲基甲基化物或TM欧洲杯足球竞彩DS的2D材料，其受重量的电气，光学和机械性能。调整它们的组合物可以改善它们的能力来分离充电，催化化学反应或将机械能转化为电能，反之亦然。
一个单一的TMD层是由一层过渡金属原子(如钨或钼)构成，夹在硫原子层(如硫或硒)之间。
例如，二硫化钼单分子层的特征是硫原子层之间有钼原子，结构上类似于两块巧克力薄片之间有奶油状中心的三明治曲奇。用硒原子替换一边的硫原子，就会产生一个Janus单层，类似于用香草薄片替换巧克力薄片。
在这项研究之前，将TMD单层结构转变为双面结构更多的是一个理论成就，而不是实际的实验成就。林教授表示，自2017年以来，关于Janus单分子膜的许多科学论文中，有60篇报道了理论预测，只有两篇描述了合成它们的实验。这反映了在制造Janus单分子层的困难，因为显著的能量障碍，阻止他们的生长通过典型的方法。
2015年，ORNL研究小组发现，脉冲激光沉积可以将二硒化钼转化为二硫化钼。在纳米相材料科学中心，美国能源部科学用户设施办公室在OR欧洲杯足球竞彩NL，欧洲杯线上买球脉冲激光沉积是发展量子材料的关键技术。
“我们推测通过控制原子的动能，我们可以将它们植入单层，但我们从未认为我们可以实现这种精湛的控制权”Geohegan说。“只有在ornl的原子计算建模和电子显微镜下，我们只能了解如何植入一部分单层，这是惊人的。”
该方法使用脉冲激光蒸发固体靶向热等离子体，该热等离子体从靶向朝向基板膨胀。该研究使用硒靶产生两至九个硒原子的簇的束状等离子体，其被引导撞击预先生长的钨二硫化物单层晶体。
创建两面单层的成功的关键是用精确的能量轰击晶体。例如，在门口扔一个子弹，它会偏离表面。但是射击门和子弹立即撕裂。将硒簇植入仅仅是单层的顶部就像拍摄一门，并在其表面上停留。
“调整子弹并不容易，”Geohegan说。最快的硒团簇，能量为每个原子42电子伏(eV)，撕开单层;它们需要被控制地减慢以植入顶层。
“从本文中有什么新的，我们正在使用这种低能量，”林说。“人们从未探索过低于每原子10ev的体系，因为商业离子源最多只能降低到50ev，而且不允许你选择你想使用的原子。然而，脉冲激光沉积技术让我们可以很容易地选择原子并探索这个能量范围。”
调整动能的关键是通过在压力控制室中添加氩气来控制地慢慢减慢硒簇。限制动能将原子薄层的渗透限制为特定深度。在低能量下喷射原子簇的脉冲暂时的人群和在区域中取代原子，在晶格中引起局部缺陷和病症。
“然后晶体然后弹出额外的原子来愈合并重新结晶成一个有序的格子，”Geohegan解释道。不断重复这种植入和愈合过程，可以将顶层的硒含量提高到100%，从而完成高质量Janus单层的形成。
在这种低动力学 - 能量方案中可控地植入和重结晶2D材料是制造2D量子材料的新道路欧洲杯足球竞彩．“Janus Structures可以在半导体电子集成所需的低温下进行，“林说，为生产线制造铺平了道路。接下来，研究人员想尝试在柔性基板上制作Janus Monolayers，例如塑料等塑料。
证明他们已经实现了杰纳斯结构,Chenze刘Gerd Duscher,田纳西大学的,诺克斯维尔,马修•奇泽姆ORNL使用高分辨率的电子显微镜检查倾斜水晶识别哪些原子在顶层(硒)与底层(硫)。
然而，了解该过程如何用较大硒原子取代硫原子 - 这是一个充满活力的困难的壮举 - 是一项挑战。Ornl的Mina Yoon使用了Ornl的Oak Ridge领导计算设施的超级计算机，Ornl的Doe办公室办公室，以计算从理论上使用第一原理的这个上坡战役的能量动态。欧洲杯线上买球
此外，科学家需要了解如何从集群转移到格子以创造当地缺陷的能量。通过分子动力学模拟，Ornl的Eva Zarkadoula显示硒原子的簇与不同能量的单层碰撞，并反弹它，通过它或植入它 - 与实验结果一致。
为了进一步确认Janus结构，ORNL研究人员通过计算振动模式和导电拉曼光谱和X射线光电子体光谱实验来证明结构已经预测了特性。
为了理解羽毛由群集制成，科学家使用光谱和质谱法的组合来测量分子量和速度。一起参加，理论和实验表明每次原子3至5eV是精确植入形成Janus结构的最佳能量。
纸张的标题是“低能量植入到过渡金属二甲基元生成单层形成Janus结构。”
美国能源部科学办公室支持合成科学、电欧洲杯线上买球子显微镜和计算研究。该研究作为纳米材料科学中心的用户项目进行，并使用了橡树岭领导力计算设施的资源;欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球两者都是ORNL的能源部科学用户设施办公室。欧洲杯线上买球
UT-Battelle Manages Ornl为Doe的科学办公室。欧洲杯线上买球科学办公室的物理科学基础研究的最大基本研究支持者正在努力解决我们时代最紧迫的挑战。欧洲杯线上买球
来源：https://www.ornl.gov/