几年来，德克萨斯大学达拉斯分校的一组研究人员研究了各种材料，寻找那些电气特性可能使它们适合用于为下一代电子设备供电的小型节能晶体管的材料。

他们最近发现了一种这样的材料，但没有人想到的。

在3月10日在线发表在Advanced Materials期刊上的一篇文章中，Moon Kim博士及其同事描述了一种材料，当加热到约450摄氏度时，从一个原子级薄的二维薄片转变成一维的阵列纳米线，每个只有几个原子宽。

金说，在转型中期看到的图像看起来像一个小小的美国国旗，加上假色，可以说是世界上最小的旧荣耀形象。

“我们观察到的相变，这种新的结构，并没有被理论预测到，”金，小说，达拉斯的材料科学和工程杰出教授。

因为纳米线是半导体，所以它们可以用作开关器件，就像在今天的晶体管中使用硅来在电子器件中打开和关闭电流一样。

“这些纳米线比最小的硅线小10倍，如果在未来的技术中使用，将会产生功能强大的节能设备，”Kim说。该研究的主要作者是朱辉和王庆晓，Erik Jonsson工程与计算机科学学院材料科学与工程专业的研究生。

只是一个阶段?

当某些材料经受外部条件(例如温度或压力)的变化时，它们可以经历相变。一个熟悉的例子是液态水冷却形成固体(冰)，或加热形成气体(蒸汽)。

然而，对于许多材料而言，相变意味着一些不同的东西。随着外部温度和压力的变化，这些材料的原子重新排列并重新分布，从而形成具有不同结构和组成的材料。这些变化会影响新材料的属性，例如电子如何穿过它。对于对材料的新应用感兴趣的科学家来说，理解这些过渡是至关重要的。

在大多数情况下，一种称为相图的图形有助于研究人员预测材料在经历相变时的结构和性质变化。

但没有什么能够预测Kim的团队在对一种叫做ditelluride的材料进行实验时所观察到的。

Nanoflags和Nanoflowers

研究人员使用透射电子显微镜开始研究原子级薄的二维二硅化钼片，这是一层钼原子和两层碲原子组成的材料。该材料属于称为过渡金属二硫化物(TMD)的类，其在替代晶体管中的硅方面显示出前景。

“我们想要了解这种特殊材料的热稳定性，”Kim说。“我们认为它是下一代纳米电子学的良好候选者。出于好奇，我们开始研究它是否会在室温以上稳定。”

当他们将温度升高到450摄氏度以上时，发生了两件事。

“首先，我们看到一种新的模式开始出现，在美学上令人愉悦，”金说。在样品的表面上，二碲化钼层的重复行或条纹开始转变成看起来像六角形小星形的形状，或具有六个花瓣的花朵。

该材料正在转变为六钼 - 六碲化物，这是一维的线状结构。新材料的横截面是由六个中心钼原子组成的结构，被六个碲原子包围。

随着相变的进行，部分样品仍然是“条纹”，部分已成为“星星”。该团队认为该模式看起来像美国国旗。他们制作了一个假彩色版本，在星星后面有一个蓝色的场，一半的条纹是红色的，以制作一个“nanoflag”。

不在教科书中

“然后，当我们更仔细地检查材料时，我们发现我们从'条纹'到'星'的转变不在任何相图中，”金说。“通常情况下，当您加热特定材料时，您会看到不同类型的材料会出现，如相图所预测的那样。但在这种情况下，发生了一些不寻常的事情 - 它形成了一个全新的阶段。”

Kim说，每个单独的纳米线都是半导体，这意味着可以打开和关闭通过电线的电流。当许多单个纳米线散装在一起时，它们表现得更像金属，这很容易传导电流。

“我们希望一次使用一根纳米线，因为我们正在尽可能小地推动晶体管的尺寸，”金说。“目前，最小的晶体管尺寸比我们的纳米线大10倍。我们每个的直径小于1纳米，基本上是原子级线。

“在我们将这一发现用于制造实际设备之前，我们还有许多研究要做，包括确定如何分离出各个纳米线，以及克服制造和大规模生产的技术挑战，”Kim说。“但这是一个开始。”