特拉维夫大学科学家致力于将铅笔芯变成存储芯片

几个世纪以来，炼金术士们一直梦想着将铜变成钻石，却不知道这种转变需要核反应。但如果铅笔的石墨尖能变成钻石，那不是很好吗？毕竟，它们都是完全由碳原子组成的。

铅笔芯和闪闪发光的宝石都是碳原子的同种型（不同形式），它们之间的主要区别在于这些原子的排列方式。

将石墨转化为钻石需要极端的温度和压力来打破和重新形成化学键，这使得该过程不切实际。特拉维夫大学 (TAU) 量子层状物质小组负责人 Moshe Ben Shalom 教授表示，更可行的转化方法是通过逆着相对较弱的范德华力移动石墨原子层来重新配置石墨原子层。

对此进行描述的研究刚刚发表在著名期刊《自然评论物理学》上，题为“滑动范德华多型体”。该团队由本·沙洛姆和该大学萨克勒物理与天文学院的博士生 Maayan Vizner Stern 和 Simon Salleh Atri 领导，其中包括来自印度和韩国的博士后学生，他们并没有因以色列与哈马斯战争而受到吓倒。

在分子物理学和化学中，这些力涉及原子或分子之间的距离依赖性相互作用，与离子键或共价键不同。这些是弱静电力，将中性分子相互吸引。液体或空气中的粒子不断振动和移动。因此，它们与其他粒子发生碰撞，包括介质的粒子，例如水分子。它们之间的键是指共价分子之间最弱的键，例如在气体、液体和聚合物中，将分子松散地结合在一起，并决定材料的刚度和强度。

本·沙洛姆在接受采访时表示，这种技术实际上不会制造出钻石，钻石也用于工业用途，在制造过程中有很多用途。

如果转换过程足够快、足够高效，石墨和类似的“范德华”材料可以用作微型电子存储单元（存储芯片），这种材料在世界各地需求量巨大，主要产自中国大陆和中国台湾。这些新设计的“多型体”材料的价值可能超过钻石和黄金。

这位教授和他在特拉维夫大学的同事在校园里成立了一家公司，目的是最终比现在更容易地生产内存芯片的核心。“我们希望在大约四年内做好准备。这将是一场革命，”他热情洋溢地说道。“层数对于滑动来说是最重要的。我们从英格兰北部曼彻斯特附近的一个矿山进口了一个两厘米大小的石墨立方体。它有很多层，我们可以在这个立方体上工作整整十年！”

在外加电场的作用下，不同结构域之间的边界条带可发生超润滑滑动，从而扩大更稳定的多型体的面积。

“像石墨一样，自然界还生产出许多其他具有弱键合层的材料，”博士生斯特恩解释道。“每一层都像乐高积木一样。打破一块砖很困难，但分离和重新连接两块砖却很简单。同样，在层状材料中，层倾向于特定的堆叠位置，原子与相邻层的原子完美对齐。这些位置之间的滑动发生在微小的离散跳跃中——每次只有一个原子距离。”

与电子相变相比，晶体的结构相变难以控制，因为破坏密集的固体键需要消耗大量能量。

“我们正在开发新方法，将层滑入不同的排列方式，并研究由此产生的材料。通过施加电场或机械压力，我们可以将层移动到各种稳定的配置，”Atri 说。“由于这些层即使在外力消除后仍保持其最终位置，因此它们可以存储信息 - 充当微小的记忆单元。”

该团队还一直在探索不同层数如何影响材料的特性。例如，含有两种原子的三层材料可以产生六种不同的稳定材料，每种材料都有独特的内部极化。如果材料有五层，那么可能的结构就会增加到 45 种。通过在这些配置之间切换，研究人员可以控制光学、电学和磁性参数，并将它们重新排列成六种不同的晶体形式，每种晶体形式都有不同的电导率、红外响应、磁化和超导特性。

主要的挑战是通过可控的结构转变来保持材料的稳定性。他们的新研究总结了正在进行的研究，并提出了改进这种“滑动电子”切换机制的新方法，为电子、计算等领域的创新应用铺平了道路。

随着研究的深入，这些滑动材料可能会彻底改变技术，提供更快、更高效的内存存储和前所未有的材料特性控制。精确操纵原子层的能力为材料科学的新时代打开了大门——在这个时代，最有价值的发现可能不是来自创造黄金，而是来自释放日常元素的隐藏潜力。