比翱观察丨声音在二维材料中传播的速度有多快？取决于材料层的堆叠
一种测量二维（2D）材料内原子键强度以及层间较弱力的新超声技术表明，这些材料内的声速取决于层的堆叠排列。这项由英国研究人员开发的技术可用于通过以不同方式堆叠层，同时监测它们的结合力并研究这些与材料的物理和化学特性之间的关系来制作“设计师”2D 化合物。
石墨烯和金属硫属化物等二维材料由堆叠的层或片组成，只有一个原子厚。虽然片材之间的键合很弱，但通过范德华力，每个片材内的原子形成极强的共价/离子键。这些显著不同的粘合强度使得从散装样品中剥离或剥离这些材料的完美单层成为可能。事实上，这就是2004年首次从块状石墨中分离出石墨烯的方式。
然而，缺乏能够以非破坏性方式测量这些原子键强度和范德华力的技术。这限制了科学家探索各种不寻常现象（例如毛细管凝聚、量子反常霍尔效应甚至单层片中的室温超导性）的能力，这些现象使二维材料在下一代电子产品中如此有前途。更重要的是，以前的测量工作产生了相互矛盾的结果。
类似于医学超声的技术
诺丁汉大学和拉夫堡大学的研究人员现已开发出一种技术，该技术使用快速激光脉冲来生成和检测硒化铟（In2Se3）晶格中微小的瞬态应变。诺丁汉大学的物理学家、研究小组成员严文静（Wenjing Yan）说，这种独特的方法得到了拉夫堡的Alexander Balanov和Mark Greenaway的理论分析的支持，可以在不损坏材料的情况下测量In2Se3不同相中的强共价键和弱范德华力。
Yan继续解释说，该技术的工作方式与医学超声类似，但频率要高得多，亚太赫兹。它涉及向In2Se3薄片发送一个只有120飞秒长的“泵浦”激光脉冲，以产生相干声子（量化声波），然后穿过材料，与其原子键相互作用。这些声子的特性揭示了有关原子键强度的信息，它们是通过具有皮秒时间分辨率的第二个“探测”激光脉冲来测量的。
这个是无创技术，因为激光脉冲只是使晶体轻微变形，而不是破坏它。事实上，该系统可以被视为一系列弹簧：通过从测量中了解声速以及这些弹簧如何响应变形，研究人员可以提取原子间共价力和层间的范德华力的相对强度。“如果我们在高性能计算机的帮助下应用所谓的密度函数理论，我们可以对不同堆叠配置的这些力进行数值估计，并建议如何调整vdW材料不同多晶型物的弹性、电甚至化学性质，”Greenaway解释道。
不同的相，不同的属性
研究人员选择研究In2Se3，因为它具有一系列技术应用，包括太阳能电池、光电二极管、铁电场效应晶体管和非易失性存储元件。它还存在于多个相中，表示为α、β、β'、γ和δ，每个相都具有不同的晶体结构。
α-和β-In2Se3相对材料设计人员特别感兴趣。α相是铁电体，其六边形（2H）和菱形（3R）排列具有不同的铁电特性，其中各个（五重）层分别以AB和ABC排列堆叠。相比之下，当α-In2Se3退火时形成的β-In2Se3（3R）不是铁电体，在高压下表现为超导体。
研究人员报告了他们在高级功能材料方面的工作，他们发现声波在这些不同的相以不同的速度传播。Yan将研究小组的发现与煎饼和约克郡布丁之间的差异进行了比较。她解释说：“这两种食物都是由同一种混合物制成的：鸡蛋、面粉和牛奶，但它们不同的烹饪过程赋予它们不同的结构和性质。”。“尽管这在宏观世界中是显而易见的，但由于vdW力的细微差异，在纳米结构材料中发现这种差异是令人惊讶和兴奋的。”
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