研究人员制造出了一种准一维范德华碲化锆薄膜，这种材料长期以来一直被誉为量子计算、纳米电子学和其他先进技术的进步之源。迄今为止，它仍困扰着那些试图大规模生产它的科学家。

准一维(quasi-1D)范德华材料因其独特结构的量子效应而产生不同寻常的电学、光学和机械性能，成为近年来材料科学研究的热门主题。

它们之所以被称为“准”一维物质，是因为虽然真正的一维材料中的分子是通过共价化学键连接的链，但在准一维材料中，这些一维链之间极弱的分子间力(称为范德华力)也会将它们排列成二维片状。这结合了一维物质放大量子效应的优势与可堆叠的二维片状材料的优势。

由于这种双重打击，准一维材料被广泛认为对于下一代纳米电子学、量子计算、自旋电子学和其他前沿技术的发展至关重要。

五碲化锆(ZrTe5)最近因其狄拉克和外尔半金属特性而受到人们的关注，其中的电子表现得好像具有零质量，因此享有更加奇特的光学和磁性。

ZrTe5的能带结构和局部原子排列示意图。来源：《材料科学与技术杂志》(2024年)。DOI：10.1016/j.jmst.2024.05.039

日本东北大学WPI高级材料研究所(WPI-AIMR)的YiShuang解释说：“不幸的是，到目前为止，由于难以大规模生产ZrTe5薄膜，这种神奇的物质仍然只是实验室中的新奇事物。”

研究人员转向了另一种薄膜制造方法：物理气相沉积(PVD)。具体来说，他们采用了PVD“溅射”。

在本文中，溅射并不意味着发动机熄火时的爆炸声。溅射是指原子或离子轰击目标物质，导致材料从该目标喷射到另一种物质或“基材”上。PVD溅射是半导体行业公认的制造工艺。

研究人员利用射频磁控管(一种利用射频能量产生溅射效应的装置)同时对锆和碲靶进行溅射，实现了准一维ZrTe5的大规模生长。

在将ZrTe5沉积在基底上时，薄膜最初处于非晶态。然而，在氩气气氛中进行热处理后，就会发生结晶，从而导致材料性质发生显著变化。这种转变对于获得所需的准1DZrTe5应用所需的特定特性至关重要。

通过详细分析这种从非晶态到晶体结构的转变，揭示了发生这种情况的原因。通过这种方式，研究小组不仅对ZrTe5有了解，而且对一般准一维材料中非晶态到晶体相变也有了更深入的理解。

该团队目前的目标是使用其他先进技术改进对结晶过程的分析，并在实际应用中测试材料的性能。

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