量子电子学的新型纳米材料

量子电子学的新型纳米材料

DTU化学助理教授Kasper Steen Pedersen带领的一个国际团队合成了一种新型纳米材料，具有电磁和电学特性，使其适用于未来的量子计算机和其他电子领域的应用。

铬-氯化物-吡嗪(化学式CrCl2(吡嗪)2)是一种分层材料，是所谓的二维材料的前体。从原理上讲，二维材料只有一个分子的厚度，这通常会导致其性能与普通3D材料有很大不同。重要的是，电性能会有所不同。在三维材料中，电子可以朝任何方向运动，而在二维材料中，只要电子的波长大于二维材料的厚度，电子就只能水平移动。

有机/无机杂化

石墨烯是最著名的2D材料。石墨烯是由碳原子组成的晶格结构，其强度非常高。自2004年首次合成石墨烯以来，已经合成了数百种其他2D材料，其中一些可能是量子电子应用的候选材料。然而，新材料是基于一个非常不同的概念。其他候选物质都是无机的——就像石墨烯一样——铬氯化物-吡嗪是一种有机/无机混合材料。

“这种材料标志着一种新型化学，在这种化学中，我们能够替换材料中的各种构件，从而改变其物理和化学性质。”这在石墨烯中是无法做到的。例如，人们不能选择用另一种原子取代石墨烯中一半的碳原子。我们的方法使得设计性能比其他2D材料更精确，”Kasper Steen Pedersen解释说。

除电学性质外，还可以精确地设计铬-氯化物-吡嗪的磁性能。这与“自旋电子学”特别相关。

在普通电子学中，只有电子的电荷被利用，它们的自旋——这是一种量子力学性质——也被用于自旋电子学。这对于量子计算应用程序来说非常有趣。因此，开发兼具导电和磁性的纳米尺度材料就显得尤为重要。

2D材质的新世界

除了量子计算，铬-氯化物-吡嗪可能对未来的超导体、催化剂、电池、燃料电池和一般的电子技术感兴趣。

尽管如此，公司并不急于立即开始生产这种材料，研究人员强调:“至少现在还没有!这仍然是基础研究。由于我们建议用一种全新的方法合成一种材料，许多问题仍然没有得到解答。例如，我们还不能确定材料在各种应用中的稳定性程度。然而，即使铬-氯化物-吡嗪由于某些原因不适合各种可能的应用，其合成的新原理仍然是相关的。这是通向更先进的2D材料新世界的大门。