研究人员开发了一种在保持精确控制其层旋转方式的同时，制作更大面积的扭转氧化物材料的方法。这一进展可能有助于将扭曲电子技术向实用电子设备靠近，给予科学家对这些材料的规模和内部结构更大的控制权。扭曲电子技术探讨了如何将二维（2D）材料的一层相对于另一层旋转，以改变材料的电子行为。到目前为止，该领域大多集中在由相对较弱的力连接在一起的超薄材料上。“扭曲电子技术的领域是使用由弱的范德瓦尔斯力结合而成的二维材料发展起来的，”北卡罗来纳州立大学材料科学与工程助理教授、该研究论文的通讯作者徐瑞娟说。“我们的研究表明，可以使用通过强化学键连接的氧化物材料层，同时精确控制晶体氧化物膜之间的扭转角度。”徐补充道：“我们发现的氧化物层之间的强层间结合表明，可能会有全新的界面现象值得探索。我们已经展示了控制材料特性（包括相结构和域配置）的能力，这为设计针对特定应用的材料和设备提供了新思路。” 构建大型扭转氧化物膜 为了演示该技术，研究团队制作了晶体钠铌酸盐（NaNbO3）膜。通过光刻技术，他们在每个膜的边缘添加了视觉参考标记。研究人员随后提高一个NaNbO3膜，并将其放置在第二个膜的顶部。通过观察组装过程中参考标记的对齐方式，他们能够仔细设置两层之间的旋转角度。在达到所需的方向后，团队使用专门为该材料设计的退火工艺。这一处理形成了堆叠膜之间的强化学键。“设备的规模非常重要，”徐说。“因为这些晶体膜可以在大面积上制造并转移到不同的支撑物上，这种方法为扭转工程氧化物电子设备提供了一条实用的路径。” 强键重塑原子晶格 科学家们使用同步辐射X射线衍射检查两个氧化物层交汇处的边界。测量显示，膜之间的强结合不仅仅是将它们固定在一起。“我们发现，两层之间的键是如此强，以至于它们扭曲了材料的原子结构——在层之间的界面上形成了原子晶格的逐渐旋转，”徐说。“我们还发现材料的相结构发生了变化。虽然目前还不清楚这将如何影响材料性质，但这是我们正在探索的内容。”这些结构变化最终可能会影响材料的电子和物理行为，但还需要进一步研究来确定其全面的影响。 氧化物电子学的更广泛平台 这项实验使用NaNbO3作为模型系统，但研究人员表示同样的方法也可能适用于其他复杂的氧化物材料。“我们的研究展示了一种创造大面积氧化物扭曲材料，具备可控的扭转角度和层间强化学键的技术，”徐说。“对于氧化物扭曲电子学而言，现在是一个激动人心的时刻，通过扭转工程复杂的氧化物功能，创造出新的机会。” 论文标题为《大型高晶体质量氧化物莫尔超晶格的确定性制造》，已发表在《ACS Nano》期刊上。论文的共同第一作者是北卡罗来纳州立大学的博士生Reza Ghanbar和本科生时参与此项工作的研究生Eli Rodrigues。论文还共同作者包括北卡罗来纳州立大学的博士生Konnor Koons、Kabelo Lebogang、Yiming Ding和Yueyin Wang，本科生Doug Barefoot；北卡罗来纳州立大学的材料科学与工程助理教授Yin Liu；橡树岭国家实验室的Young-Hoon Kim；阿戈尼国家实验室的Yan Li和Hua Zhou；以及橡树岭国家实验室和杜克大学的Miaofang Chi。此项工作得到了国家科学基金会2442399和2340751号资助、美国化学学会石油研究基金68244-DNI10号奖励、陆军研究办公室W911NF-25-1-0201号资助、科研公司科学进步的Scialog资助SA-QMI-2025-097c、以及美国能源部的支持。