研究人员发现83种潜在新材料，或引领下一代电子设备革命

新的研究方法为未来电子产品预测出了有潜力的二维材料。研究人员通过对现有数据和计算机建模进行了分析，成功找到了83种可能具有革命性应用的新材料，这些材料在存储设备、传感器和低功耗组件等领域拥有巨大潜力。 想象一下一张只有几个原子厚度的纸，这就是二维材料的基本形态。尽管薄，但这些材料却异常坚固，并且可以以独特的方式导电。它们由称为范德华力的弱相互作用维持，这使得材料在受力时可以略微变形而不断裂。当这些材料层层堆叠时，层与层之间可以相对滑动，进一步减少了脆弱性。 在这项由马里兰大学巴尔的摩分校（UMBC）的研究团队完成的研究中，他们专注于一类被称为范德华层状磷硫化合物的二维材料。这些材料中有些是铁电材料，意味着它们可以在特定方向上保持电荷，而这个方向可以通过指令进行逆转，类似于微型可逆电池。有些铁电材料还具有磁性，在施加磁场时表现出类似的特性。这种组合使它们成为高级电子设备如存储器和传感器的理想选择。 “目前只有两种已知的二维铁电材料具有这种类型的结构，”研究团队负责人约瑟夫·贝内特（Joseph Bennett）说，“所以我们问自己，其他潜在的材料可能藏在哪里？” 该研究的答案发表在《材料化学》杂志上，于7月7日出版。 贝内特和他的团队通过挖掘无机晶体结构数据库中的大量已知晶体结构，结合量子结构图谱，找到了可能隐藏新材料的区域。量子结构图谱根据材料的原子特性将其映射在图表上，从而帮助研究者分析出哪些材料符合他们的需求。他们利用电负性差异和原子半径等基本参数，区分了具有所需特性的材料和其他材料。电负性是指一个原子吸引电子的能力，而原子半径是从原子中心到其电子云外缘的距离。 “这些量子结构图就像一张藏宝图，”贝内特解释道，“引导我们走向化学空间中可能存在新、稳定二维材料的区域。” 通过这种方法，他们成功预测出83种新的潜在材料，并且部分材料已经在实验室中成功合成了。 接下来，UMBC的研究人员将与马里兰大学帕克分校（UMD）的瑞安·斯塔德尔（Ryan Stadel）、彼得·扎瓦利（Peter Zavalij）和埃弗拉因·罗德里格斯（Efrain Rodriguez）合作，进一步合成和测试这些新材料。他们将利用高通量密度泛函理论模拟，评估这些材料的铁电特性以及制造难度，同时优化它们以适应特定的应用需求。 研究的第一作者、UMBC化学博士研究生彭燕强调：“这项工作展示了成功的数据导向方法，有助于发现具有前景功能特性的新型二维材料，加速下一代电子材料的设计进程。” 业内专家认为，这一发现不仅为二维材料的探索开辟了新的路径，也为未来的电子设备设计提供了重要参考。彭燕的创新设计规则和数据分析方法，预计将极大地缩短新材料的发现周期，节省实验时间和资源。 UMBC是一所领先的公立研究型大学，位于美国马里兰州巴尔的摩县，该校的化学和生物化学系在材料科学领域有着强大的研究实力和广泛的国际影响力。这次的研究成果再次证明了该校在科技创新方面的卓越贡献。