组装复杂半导体的简单方法
将极薄的材料薄膜堆叠在一起可以创造出具有令人兴奋的新特性的新材料。但是构建这些堆栈的最成功的过程可能是乏味且不完美的，并且不适合大规模生产。
现在，由斯坦福大学教授 Hemamala Karunadasa 领导的团队创造了一种更简单、更快捷的方法。他们生长了一种最受欢迎的材料（称为钙钛矿）的 2D 层，并与其他材料的薄层交错在自行组装的大晶体中。
组装在小瓶中进行，其中层的化学成分在水中翻滚，以及指导作用的杠铃形分子。杠铃的每一端都有一个模板，用于生长一种类型的层。随着层的结晶（类似于制作冰糖的过程），杠铃会自动以正确的顺序将它们连接在一起。
研究人员表示，他们的方法为以更深思熟虑的方式制造各种复杂半导体奠定了基础，包括以前不知道在晶体中配对的材料组合。
“我们不是一次一层地操作材料，”Karunadasa 说，“我们只是将离子扔进一壶水中，让离子按照它们想要的方式组装。我们可以用这些东西制造克数，而且我们知道原子在晶体中的位置。这种精确度使我能够了解层间界面的真实样子，这对于确定材料的电子结构（即其电子的行为方式）很重要。”
自 1900 年代以来，卤化物钙钛矿——具有与天然钙钛矿矿物相同的八面体结构的材料——已在水中组装。它们在太阳能电池中有效吸收阳光并将其转化为电能方面具有很大潜力，但它们也出了名的不稳定，尤其是在光伏运行的炎热、明亮的环境中。
将钙钛矿与其他材料分层可以将它们的特性结合起来，从而提高它们在特定应用中的性能。但更令人兴奋的前景是，在层相交的界面上可能会出现全新的和意想不到的特性。例如，科学家们此前发现，将两种不同类型绝缘体的薄膜堆叠起来可以形成导电体。
很难预测哪些材料组合会变得有趣和有用。更重要的是，制作薄层材料是一个缓慢而艰苦的过程。层通常是通过从更大的材料块上剥离仅一两个原子厚的薄膜制成的，一次一层。这就是石墨烯是如何由石墨制成的，石墨是一种用于铅笔芯的纯碳。在其他情况下，这些薄层材料是在非常高的温度下小批量制造的。
“它们的制造方式没有可扩展性，有时甚至难以从一批复制到另一批，”Karunadasa 说。 “剥离只有一两个原子厚的层是一项专门的工作；这不是你和我可以去实验室做的事情。这些表格就像一副非常灵活的纸牌；当你拿出一个时，它可能会皱缩或弯曲。因此，很难知道最终堆栈的确切结构。看起来像我们在这项研究中创造的材料的先例很少。”
结果发现，这些原子薄层与性质已知的类似材料的 3D 块具有相同的结构，并且两个不同的层必须稍微变形才能共享界面。
创建分层结构与制作冰糖的过程完全相同，将木销钉放入饱和糖溶液中，糖果晶体会自行播种到销钉上，”研究员迈克尔奥布里说。 “但在这种情况下，起始材料不同，你不需要销钉——晶体会开始在水中或玻璃瓶表面形成。”
该团队制作了六种自组装材料，将钙钛矿与金属卤化物或金属硫化物交错，并在 Advanced Light 上用 X 射线检查它们
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