第一作者：Peter Sutter

通讯作者：Peter Sutter, Eli Sutter

通讯单位：University of Nebraska-Lincoln

研究亮点：

1.发明了一种范德华结构手性纳米线的制备方法。

2.将层间扭曲实现莫尔超晶格的途径从二维平面拓展到一维纳米线，为规模化制造具有特定扭曲角度的范德华结构起到了重要推动作用。

为什么要扭动范德华异质结

自从在魔角石墨烯中发现超导现象以来，科学家对于范德华异质结的探索就未曾停止过。范德华异质结中，层间发生小角度扭曲可以形成莫尔超晶格，从而产生独特的电子结构，实现超导等特殊物理现象。

在之前的所有研究中，扭曲的范德华异质结基本局限于平面内的层间界面，而这种层状范德华异质结往往是通过剥离、力学定向堆积形成。那么，有没有可能通过其他的方式来实现范德华异质结的扭曲呢？新的扭曲方式是否会产生更多有趣的新现象呢？

一句话总结成果

有鉴于此，美国内布拉斯加大学林肯分校的Peter Sutter和Eli Sutter团队发展了一种测层状晶体扭曲的范德华手性纳米线的制备方法，将层间扭曲实现莫尔超晶格的途径从二维平面拓展到一维纳米线。

图1.  扭曲的范德华结构手性GeS纳米线

要点1. 扭曲范德华结构手性纳米线的形成

GeS纳米线是一种各向异性的层状半导体晶体，在VLS生长策略制备GeS纳米线的过程中，层间晶体通过自然扭曲形成纳米线。GeS层状晶体沿着纳米线轴向结晶生长，具有强烈的倾向形成轴向位错。

纳米分辨电子衍射表明，由于轴向位错导致的圆柱形固体末端上的扭矩引起Eshelby扭曲，从而在纳米线中产生手性结构。面内GeS晶体轴沿着纳米线进行旋转，相邻的GeS层由于层间扭曲结构自然形成莫尔图案。

图2. 层状GeS纳米线Eshelby扭曲

要点2. 全新的光电性质

电子衍射和阴极发光光谱表明，层间扭曲和局域激发光发射之间的相关性取决于晶格取向的渐进变化和层间莫尔图案沿纳米线的配准。可以想象，这种层状手性纳米线具有迄今为止仅在平面范德华异质结构中发现的新兴电子特性。受螺旋结构和扭转莫尔图案控制，半导体纳米线中的扭曲超晶格和手性光-物质相互作用可实现独特的光电性质调制。

与传统二维范德华结构相比，这种一维范德华结构的不同之处在于：

1）手性纳米线通过与轴向螺旋位错相关的Eshelby扭曲自发地产生层间莫尔条纹；

2）通过调节VLS催化剂的尺寸可以改变纳米线直径，从而调控轴向旋转和扭曲角度。

3）莫尔条纹沿着螺旋路径而不是扩展的平面界面发生系统地变化。

由于层状晶体容易形成螺旋位错，所以手性纳米线可以各种不同材料制成，覆盖较宽范围的电子结构。除了通过局部激发光学光谱检测到的逐渐改变的光电特性之外，门控传输结果还表明，范德华纳米线支持检测沿螺旋扭曲莫尔图案的电荷传输。

图3. 扭曲GeS纳米线的光电性质

小结

总之，这项研究开发了一种具有扭曲范德华结构的手性半导体纳米线，将层间扭曲实现莫尔超晶格的途径从二维平面拓展到一维纳米线，为探索层状材料中的可变层间扭曲现象提供了一个通用的平台，为规模化制造具有特定扭曲角度的范德华结构起到了重要推动作用。

参考文献：

PeterSutter, Shawn Wimer, Eli Sutter. Chiral twisted van der Waals nanowires. Nature2019.

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1147-x