Upptäckten av grafen, med sitt höga styrka / viktförhållande, flexibilitet, elektrisk konduktivitet, och förmåga att bilda en ogenomtränglig barriär, ledde till en explosion av intresse för 2-D fasta ämnen. Svag, långdistansinteraktioner ger 2-D fastämnen några av deras mest intressanta beteenden; därför, Att förstå dessa interaktioner är avgörande för att vidareutveckla dessa material. Dock, experimentellt stöd för teoretisk modellering av van der Waals -interaktioner som håller ihop materialets lager har varit eftersökt.

Nu, en internationell forskargrupp ledd av University of Tsukuba och Aarhus University har utfört synkrotronröntgendiffraktionsförsök på titandisulfid (TiS2)-ett övergångsmetalldikalogenid (TMD) -material med en skiktad 2-D-struktur-och jämfört resultaten med teoretiska beräkningar. Deras riktmärke publicerades nyligen i Naturmaterial .

"Samspelet mellan lager i van der Waals -material som TiS2 har en betydande inverkan på deras modifiering, bearbetning, och montering, "säger medförfattare till studien Eiji Nishibori." Genom att modellera experimentella synkrotrondata och jämföra dem med beräkningar av densitetsfunktionella teorier, vi avslöjade överraskande information om arten av elektrondelningen mellan skikten i dessa material. "

TiS2 är ett arketypiskt van der Waals -material, med lager av titan och svavel som samverkar genom starka kemiska bindningar, där elektroner delas mellan atomer, vilket resulterar i en relativt fast struktur. Mellan dessa ark, långsiktiga S ... S van der Waals interaktioner lockar lagren till varandra så att de kan bygga upp, bilda fasta material. Dessa interaktioner är kända för att vara mycket svagare än de i 2-D-arken, dock, med hjälp av hög energi synkrotron röntgenstrålning för att exakt mäta en enda TiS2-kristall, forskarna kunde visa att interlagers interaktioner faktiskt är starkare än teorin indikerar, och innebär betydande elektrondelning.

"Detta arbete ger en grundläggande förståelse för en spännande materialklass med många potentiella tillämpningar inom teknik som jonbatterier, katalys, och superledare, "säger huvudförfattaren Hidetaka Kasai." Våra experiment är de första som avslöjar den sanna naturen hos de interaktioner som gör 2-D-material så intressanta, och vi hoppas att de kommer att ligga till grund för många framtida utvecklingar på detta område. "

Det enastående överensstämmelsen för synkrotrondiffraktionsdata med teoretiska beräkningar för att beskriva Ti-S-interaktionerna mellan skikten, stöder giltigheten av dessa nyfunna skillnader för långdistansinteraktioner över mellanskikten. Fynden förväntas väsentligt bidra till den grundläggande förståelsen för svag kemisk bindning i 2-D-skiktade material i allmänhet, och för utveckling av TMD -material.