Rice实验室检测纳米薄片中由于缺陷而产生的压电效应
莱斯大学的研究人员在实验室培养的二维二氧化钼薄片中发现了压电效应的证据。
他们的研究表明，这种令人惊讶的电学特性是由于电子被困在整个材料的缺陷中，其厚度不足10纳米。他们把这些电荷描述为驻极体，它们出现在一些绝缘材料中，并产生内部和外部电场。
压电同样是材料的一种特性，它通过在材料表面产生电压来响应应力，或者通过施加电场来产生机械应变。它有许多实际的和科学的用途，从把摆动的吉他弦转换成电信号到扫描显微镜，就像那些用来发现新东西的显微镜。
莱斯大学的研究人员称，驻极体——二维二氧化钼缺陷中的电子——赋予了这种材料压电性。缺陷(蓝色)在熔炉中形成时出现在材料中，并在压力下产生电场。由Ajayan研究小组提供
莱斯大学布朗工程学院的研究人员发现，这种微米尺度的薄片表现出的压电反应与传统二维压电材料(如二硫化钼)所观察到的压电反应一样强烈。
这份由水稻材料科学家普利克尔·阿贾扬及其合作者撰写的报告发表在《先进材料》杂志上。
问题的关键似乎是二氧化钼晶格的缺陷。当被拉紧时，被困在这些缺陷中的电子偶极子似乎与其他压电材料一样排列在一起，形成一个电场，导致观察到的效应。
Ajayan说:“在我们的研究中，超薄的2D晶体继续显示出惊喜。”“缺陷工程是设计此类材料性能的关键，但通常具有挑战性，且难以控制。”
“二氧化钼不会表现出任何压电性，”Rice博士后研究员Anand Puthirath补充道，他也是这篇论文的共同通讯作者。“但因为我们正在使材料尽可能薄，限制效应就出现了。”
他说，这种效应出现在化学气相沉积生成的二氧化钼薄片上。在不同的位置停止生长过程，即使不能控制缺陷的分布，也能让研究人员控制缺陷的密度。
该研究的第一作者、大米艾米·阿普特补充说，研究人员的单化学、基于前驱体的气相沉积技术“有助于在多种基质上生长氧化钼的重现性和清洁性。”
研究人员发现，压电效应在室温下是稳定的。二氧化钼薄片在高达100摄氏度(212华氏度)的温度下保持稳定。但是在250摄氏度(482华氏度)下退火三天，缺陷就消除了，压电效应也停止了。
Puthirath说，这种材料有许多潜在的应用。“它可以用作能量收割机，因为如果你过滤这种材料，它会以电的形式给你能量，”他说。“如果给它施加电压，就会引起机械膨胀或压缩。如果你想在纳米尺度上移动什么东西，你可以简单地施加电压，它就会膨胀，并按你想要的方式移动那个粒子。”
论文的共同作者是莱斯大学校友桑迪亚·苏萨拉，她现在是劳伦斯·伯克利国家实验室的博士后学者;研究生Kosar Mozaffari和Farnaz Safi Samghabadi，研究助理教授Long Chang和Dmitri Litvinov，电子和计算机工程教授，休斯顿大学;橡树岭国家实验室的Jordan Hachtel和Juan Carlos Idrobo;以及俄亥俄州赖特-帕特森空军基地空军研究实验室的戴维·摩尔和尼古拉斯·格莱文。Apte现在在位于亚利桑那州钱德勒的英特尔公司工作。
Ajayan和Pradeep Sharma是休斯顿大学安德森医学博士的教授和机械工程系主任，他们是共同的通讯作者。阿加扬是莱斯大学材料科学和纳米工程系的系主任，本雅明·m·和玛丽·格林伍德·安德森工程学教授和化学教授。
空军科研办公室和能源部6037科学办公室支持了这项研究。显微镜研究是在橡树岭国家实验室的纳米材料科学中心进行的。
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