二硫化鉬和二硒化鉬製成的“千層餅”使熱量不受影響

由東京都立大學的Kazuhiro Yanagi教授領導的一個團隊一直在研究如何生產和處理被稱為過渡金屬二氯化物的一類材料的超薄層。在這裡，他們把二硫化鉬和二硒化鉬的單原子厚度的層疊在一起，並把它們疊成四層（4L薄膜）。

在通過化學氣相沉積形成的層、退火的弱結合層、弱結合層以及由兩種不同材料組成的交替層中發現了不同的熱傳遞水準。

來自東京都立大學的研究人員通過將原子薄層堆疊成範德瓦爾斯異質結構，發現了控制熱量如何流過薄材料的新方法。通過比較不同材料的不同堆疊，甚至是熱處理後的相同材料，他們發現層與層之間的弱耦合和不匹配有助於大大減少熱傳輸。他們的發現有望在熱電設備中對納米級的熱流進行敏感控制。

熱量無處不在，而且會流動。熱量在錯誤的地方也會造成損害。比如，因為微晶片在執行密集的計算任務時產生的熱量超過了它們能夠帶走的熱量，會使電子產品過熱。這可能會損壞或嚴重減少電子設備的使用壽命，使納米級的熱流控制成為現代社會的一個緊迫問題。

這些層可以用不同的方式耦合在一起。研究小組以獨特、溫和的方式轉移大型單原子薄片，使他們能夠創造出由範德瓦爾斯力結合在一起的層堆。他們也可以通過更多的傳統技術，特別是化學氣相沉積（CVD）來強行結合。這就產生了許多關於如何將隔離層放在一起的變化，並可能控制熱量如何通過它們。

通過使用一種特殊的塗層技術，他們能夠以相當好的精確度檢測出微量的熱量是如何流過這些堆疊的。

首先，他們發現，通過CVD緊密結合的層比鬆散結合的層釋放出更多的熱量。這種影響可以通過退火來部分逆轉，使結合力更強並改善熱量的傳輸。此外，他們比較了四個硫化鉬層的堆疊和一個由二硫化鉬和二硒化鉬層交替組成的“千層餅”狀結構。這樣的異質結構在相鄰的原子層之間有一個人為的結構不匹配，這導致熱傳導水準明顯降低，比強結合層低10倍以上。

該團隊的發現不僅展示了一個新的技術發展，而且提供了關於如何控制納米尺度上的熱流的一般設計規則，無論你想要更多還是更少的流動。這些見解將導致超薄、超輕絕緣體以及新的熱電材料的發展，在這些材料中，熱量可能被有效地引導並轉化為電能。

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