如果您最近在哥伦比亚新闻或其他地方读过任何有关量子研究的故事，您可能听说过这个术语 2D 或二维材料。
石墨烯（一种超强二维碳）的原子结构图解。
一月份，哥伦比亚化学家发表了一项关于第一个 二维重费米子，一类具有非常重电子的材料。 11月，工程学院发表了一篇关于“激光驱动 2D 材料”。而去年早些时候， 研究人员在同一种二维材料中发现了超导性和铁电性。 清单继续。
那么，什么是二维材料？为什么科学家们如此感兴趣？
二维材料顾名思义：只有 1 或 2 个原子厚但在其他方向上更宽的材料。科学家正在研究的二维材料通常只有几平方微米大——肉眼看不见，但用你在高中科学课上可能使用过的显微镜就可以看到。科学家们正在研究的二维材料是天然材料的混合物，例如石墨烯，一种 2 年在哥伦比亚发现的超强碳，以及实验室合成的材料，例如 CeSil，一种去年在哥伦比亚首次组装的晶体，由铈、硅和碘组成。这些材料通常是从三维开始的，科学家们将它们剥离成二维，对它们进行实验并找出物理特性，例如 超导 or 磁，当材料是原子平坦时可能会出现。科学家们正在致力于开发从头开始制造 2D 材料的新方法，而不需要将它们从 3D 中剥离出来，但这些材料的质量仍然不完美。
许多因素使二维材料变得有趣，但最主要的是它们限制了电子等粒子在其中移动的方式。哥伦比亚化学家泽维尔·罗伊 用交通比喻来解释:
“这样想：如果我们拥有可以在三维空间中旅行的飞行汽车，我们将能够减少纽约的大部分交通。但由于我们目前的汽车只能在二维空间中行驶，最终导致时代广场出现严重的交通拥堵。”罗伊在最近的一次采访中说道。
“当我们从 3D 移动到 2D 时，电子也会发生同样的事情，但在我们的例子中，电子之间的‘交通’是有益的！随着这些电子-电子相互作用变得更强，我们可以完全改变材料的特性。例如，随着 3D 重费米子材料的厚度减小（即变得更加二维），它们可以从磁性转变为超导。”
二维材料也可以相对容易地进行调整：将它们以微小的角度堆叠在一起，施加电场和磁场等力，以及通过扭转或施加压力来拉紧材料，可以改变它们的特性。举一个例子：通过简单地将两片称为二硒化钨的材料堆叠在一起，扭转它们，并添加或去除电荷，该材料 可以从导电金属转变为阻电绝缘体 然后再回来。
科学家们还对二维材料在技术中的潜在用途感到兴奋，科学家们通常将其称为“应用”。
二维材料可能会在下一代电子产品中发挥至关重要的作用，包括仍在开发的量子计算机。为什么？在很大程度上，因为二维材料超小，具有独特的可控特性（如超导性），而且技术始终在寻找能够更快、更高效、占用更少空间实现结果的东西。
Sumber: 哥伦比亚大学
