莱斯大学的研究人员在实验室培养的二维二氧化钼薄片中发现了压电效应的证据。
他们的研究表明，这种令人惊讶的电特性是由于电子被困在整个材料的缺陷中，而这些缺陷的厚度还不到10纳米。他们将这些电荷描述为驻极体，它们出现在一些绝缘材料中，并产生内部和外部电场。
压电同样是材料的一种特性，它通过在材料表面产生电压来响应应力，或者通过施加电场产生机械应变。它有许多实际的和科学的用途，从把摆动的吉他弦转换成电信号到扫描显微镜，就像那些用来发现新东西的显微镜。
莱斯大学布朗工程学院的研究人员发现，这种微米级的薄片具有与传统二维压电材料(如二硫化钼)相同的压电响应。这份由水稻材料科学家普利克尔·阿贾扬及其合作者撰写的报告发表在《先进材料》杂志上。
问题的关键似乎在于二氧化钼晶格的缺陷。当被拉紧时，被困在这些缺陷中的电子偶极子似乎与其他压电材料一样排列在一起，形成一个电场，导致观察到的效应。
“在我们的研究中，超薄的二维晶体继续显示出惊喜，”Ajayan说。“缺陷工程是设计此类材料性能的关键，但通常具有挑战性且难以控制。”
“二氧化钼不会表现出任何压电性，”Rice博士后研究员Anand Puthirath补充道，他也是这篇论文的通讯作者之一。“但因为我们在使材料尽可能薄，限制效应就出现了。”
他说，这种效应出现在化学气相沉积生成的二氧化钼薄片中。停止生长过程在不同的点给研究人员一些控制缺陷的密度，如果不是他们的分布。该研究的第一作者、米铝艾米阿普特补充说，研究人员的单化学、基于前驱体的气相沉积技术“有助于在多种基质上生长的氧化钼的重现性和清洁性。”
研究人员发现，在室温下，压电效应在重要的时间尺度上是稳定的。二氧化钼薄片在高达100摄氏度(212华氏度)的温度下保持稳定。但在250℃(482华氏度)下退火三天，缺陷消除，压电效应停止。
Puthirath说这种材料有很多潜在的应用。“它可以用作能量收割机，因为如果你过滤这种材料，它会以电的形式给你能量，”他说。“如果给它施加电压，就会引起机械膨胀或压缩。如果你想在纳米尺度上移动什么东西，你可以简单地施加电压，它就会膨胀，以你想要的方式移动那个粒子。”
这篇论文的共同作者是莱斯大学校友桑迪亚·苏萨拉(Sandhya Susarla)，她现在是劳伦斯·伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory)的博士后学者;研究生Kosar Mozaffari和Farnaz Safi Samghabadi，研究助理教授Long Chang和Dmitri Litvinov，休斯顿大学电子和计算机工程教授;橡树岭国家实验室的Jordan Hachtel和Juan Carlos Idrobo;俄亥俄州Wright-Patterson空军基地空军研究实验室的David Moore和Nicholas Glavin说。阿普特现在在亚利桑那州钱德勒的英特尔公司工作。
阿加扬和普拉迪普·夏尔马是休斯敦大学机械工程系系主任、安德森医学博士讲座教授。阿加扬是赖斯材料科学和纳米工程系的系主任，也是本杰明·m·安德森和玛丽·格林伍德·安德森的工程学教授和化学教授。
空军科学研究办公室和能源部科学办公室支持了这项研究。显微研究是在橡树岭国家实验室的纳米材料科学中心进行的。
