应变改善了原子薄半导体材料的性能

康涅狄格大学材料科学研究所的研究人员通过拉伸材料显着改善了原子级薄半导体材料的性能，这一成就可以证明对设计下一代柔性电子元件，纳米器件和光学传感器的工程师有益。

机械工程助理教授Michael Pettes在研究期刊纳米快报上发表的一项研究报告说，六层原子厚度的二硒化钨在受到应变时的光致发光增加了100倍。该材料以前从未表现出这种光致发光。

Pettes说，这些发现标志着科学家第一次能够最终证明原子薄材料的特性可以通过机械操作来提高其性能。这些功能可以带来更快的计算机处理器和更高效的传感器。

研究人员用于实现结果的过程也很重要，因为它提供了一种可靠的新方法来测量应变对超薄材料的影响，这是一项难以做到的事情，也是创新的障碍。

“涉及应变的实验经常受到批评，因为这些原子薄材料所经历的应变难以确定，并且经常被推测为不正确，”Pettes说。“我们的研究提供了一种新的方法来进行超薄材料的应变依赖性测量，这很重要，因为预计应变会在许多不同的科学领域中提供这些材料性质的数量级变化。”

自从研究人员Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年成功地从一块石墨中切割出一个原子厚度的石墨烯层以来，科学家一直对原子级薄材料的潜力感兴趣。由于其出色的强度，灵活性和能力，它被认为是一种超级材料。导电，二维石墨烯改变了电子工业，并为研究人员赢得了诺贝尔奖。

但对于它所提供的一切，石墨烯有其局限性。它是一种差的半导体，因为它的内部结构缺乏电子带隙。结果，当材料通电时，电子不受阻碍并迅速流过它。最好的半导体材料，例如硅，具有相当大的带隙，允许电子流开启和关闭。这种能力对于创建零串和构成晶体管和集成电路中使用的二进制计算代码的串是至关重要的。

材料科学家正在探索其他二维和原子级薄材料的潜力，希望找到优于石墨烯和硅的产品。

已经讨论了应变工程作为提高这些材料性能的一种可能方式，因为它们的超薄结构使得它们特别容易弯曲和拉伸，这与它们较大的三维体积形式不同。但是，测试应变对几个原子厚度的材料的影响已经证明非常困难。

在本研究中，Pettes和Wei Wu，博士。Pettes实验室的学生和该研究的主要作者，通过首先将其封装在丙烯酸玻璃的精细层中，然后在氩气室中加热，成功地测量了应变对单晶硅二硒化钨层的影响。(暴露在空气中会破坏样品)。这种热处理增强了材料与聚合物基材的粘合性，允许接近完美的施加应变转移，这在先前的实验中很难实现。

该小组随后定制了一种弯曲装置，允许他们小心地增加材料的应变，同时通过哈佛大学纳米系统中心的Horiba多线拉曼光谱仪监测其响应方式，这是由美国国家科学基金会资助的共享用户设施。

这是一个激动人心的时刻。Pettes说：“我们的新方法允许我们对2-D材料施加的应变比以前的研究报告的应变大2倍。”“从本质上讲，我们处于新的领域。”

最终，研究人员发现，对材料施加越来越多的应变会改变其电子流动，这可以通过光致发光强度的增加来反映出来。

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