加州大学尔湾分校开发超薄铋晶体技术

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加州大学尔湾分校（2024USNews美国大学排名：33）的科学家们最近开发了一种新方法，可以制造非常薄的铋晶体，这一突破性技术可能使廉价柔性电子产品的制造成为现实。铋因其低熔点和独特的电子特性而备受科学家关注。研究团队通过将铋夹在由六方氮化硼制成的原子级光滑模具板之间，制造出具有独特量子电子特性的极薄晶体。研究发现，这些晶体表面存在量子振荡现象，这对电子设备的性能至关重要。该方法有望推广到其他低熔点材料，如锡、硒、碲及相关合金，未来可能用于制造柔性电子电路。研究团队计划进一步探索压缩和注塑方法在制造手机或平板电脑芯片中的应用。该研究得到了美国空军科学研究办公室、加州大学尔湾分校复杂与活性材料中心种子计划和国家科学基金会材料研究科学与工程中心的资助。

超薄铋晶体的开发

加州大学尔湾分校的研究人员开发了一种新技术，可以生产超薄铋晶体。这一发现可能有助于普及低成本、柔性电子产品的生产。研究发表在《自然材料》杂志上。通过将铋夹在由六方氮化硼材料制成的原子级光滑模具板之间，研究团队得到了具有独特量子电子特性的极薄平晶体。铋因其低熔点和独特的电子特性吸引了科学家们的关注。研究团队创造了仅几纳米厚的铋片，揭示了铋表面隐藏的电子行为。研究表明，铋在通电时具有独特的电子态，使其能够变得磁性，这对于依赖电子磁自旋的量子电子设备至关重要。团队发现了来自晶体表面的所谓量子振荡，这种现象在1930年代首次在铋中被发现，但在纳米级薄铋晶体中从未见过。研究人员使用类似于玉米饼压机的技术，将铋夹在两个热板之间，制成极薄的片状。研究团队的下一步目标是探索压缩和注射成型技术在生产智能手机和平板电脑芯片中的应用。该研究得到了日本国家材料科学研究所、洛斯阿拉莫斯国家实验室和加州大学尔湾分校的合作支持，并由美国空军科学研究办公室主要资助。

新方法在柔性电子产品中的潜在应用

一项新的联合研究揭示了超快激光在二维材料加工中的巨大潜力，这可能为许多技术开发者提供创新解决方案，如高速光电探测器、柔性电子设备、生物混合物和下一代太阳能电池。二维材料（如石墨烯和过渡金属二硫化物）的操控对于下一代电子、光子、量子和传感技术的发展至关重要。这些材料具有独特的特性，包括高电导率、机械柔韧性和可调光学特性。然而，传统的加工方法往往缺乏必要的精度，并可能引入热损伤。超快激光加工在此方面提供了前所未有的控制能力。最近在光物质相互作用领域的进展为超快激光在二维材料中的变革性应用铺平了道路。来自芬兰于韦斯屈莱大学的Aleksei Emelianov和Mika Pettersson以及来自塞尔维亚Biosense研究所的Ivan Bobrinetskiy的研究探讨了超快激光技术在操控二维层状材料和范德华异质结构方面的巨大潜力。研究人员描述了过去十年的进展，主要集中在超快激光脉冲在无掩模绿色技术中的变革性作用，利用原子层内能态与超快激光辐射之间的协同效应，可以实现几纳米的分辨率。超快激光加工在功能化、掺杂、原子重构、相变以及二维和三维微纳米图案化方面的关键进展被讨论。超快激光加工的精度使得创建复杂的微纳米结构成为可能，具有在电信、医疗诊断和环境监测中的潜在应用。研究表明，超快激光在调节和修改二维材料方面的多功能性令人惊讶，可能为许多技术开发者提供创新解决方案。

铋晶体中的量子振荡现象

在最近发表在《Nature Materials》期刊上的一篇文章中，研究人员提出了一种合成方法，通过在原子级平坦的范德华（vdW）材料定义的纳米级模具中生长具有优异电子传输和量子振荡性能的超薄铋晶体。将材料限制在二维（2D）形式会改变电子行为，并能创造新的设备。然而，从大多数材料中生产出薄而均匀的晶体是具有挑战性的。尽管使用机械剥离法隔离的超薄vdW材料的研究显著推进了对2D电子物理学的理解，但这种方法不能应用于其他材料。研究人员展示了在六方氮化硼（hBN）层之间限制的铋的超平坦生长。铋在量子电子物理学的发展中至关重要，因为它具有小的有效质量、能够生长超纯的块状晶体和低载流子密度。研究人员使用vdW模具技术生产了薄铋晶体，促进了其表面态的内在传输研究。晶体生长过程始于标准的vdW转移技术，将微米级的铋薄片封装在薄hBN层中。然后将铋-hBN堆叠物在两个基板之间压缩，并经过加热和冷却以熔化和重新固化铋。熔化过程中，液态铋在hBN层之间迅速扩散，施加的压力减小了其厚度。通过测量栅极依赖的磁阻，研究人员观察到多载流子量子振荡和朗道能级分裂，特征源自顶部和底部表面。研究结果表明，使用vdW模具生长技术合成平坦和超薄铋晶体是可行的，这种方法为合成其他超薄晶体并将其直接集成到vdW异质结构中提供了一种经济实惠的方法。

研究资金来源

对于昆虫学学生来说，找到研究资金支持自己的研究可能和学习科学一样具有挑战性。本文由两位刚毕业的博士撰写，提供了关于资金来源、撰写资助申请的技巧以及其他推进研究的项目的简短指南。作者强调，研究生的工作不应由自己出资，因为学生实际上是为机构和导师工作，研究成果也归他们所有。文章列举了一些主要的资金来源，如国家科学基金会研究生研究奖学金项目（NSF GRFP）、国家科学基金会本科生研究体验项目（NSF REU）、史密森学会奖学金项目、美国自然历史博物馆（AMNH）奖学金、Sigma Xi奖学金、国家害虫管理协会奖学金、One Health委员会资助项目、橡树岭科学与教育研究所（ORISE）实习项目以及国家卫生研究院（NIH）等。文章还建议学生在自己的机构内寻找额外的资金支持，并提供了一些撰写资助申请的技巧，如强调研究的创新性和重要性、清晰有条理地传达信息等。即使申请未获通过，作者也鼓励学生继续申请，改进提案并从中学习。文章还提到了一些其他的资金选择，如旅行津贴、奖学金、机构奖励等，并建议学生与地方卫生部门或其他机构合作，以获得更多的研究资源。最后，作者鼓励学生积极申请各种资助机会，通过不断申请和改进来提高自己的科研能力。

综合总结

加州大学尔湾分校的科学家们通过开发一种新方法，成功制造出超薄铋晶体，这一技术可能会在柔性电子产品的制造中带来革命性变化。铋晶体的独特量子电子特性和量子振荡现象为未来的电子设备提供了新的可能性。研究团队的下一步计划是探索压缩和注塑方法在制造手机或平板电脑芯片中的应用，这将进一步推动柔性电子产品的发展。该研究得到了多方资助，包括美国空军科学研究办公室、加州大学尔湾分校复杂与活性材料中心种子计划和国家科学基金会材料研究科学与工程中心的支持。通过这些努力，科学家们不仅在材料科学领域取得了重要进展，也为未来的技术创新铺平了道路。