进展二维硼硼烯的成功实验制备

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  自石墨烯发现以来,二维材料受到了广泛   最近,中国科学院物理研究所/北京凝聚态国家实验室(筹)表面室吴克辉研究组的博士生冯宝杰、钟青在吴克辉研究员、陈岚副研究员的指导下,率先利用超高真空分子束外延(MBE)直接进行单原子层构筑的方法,在Ag()衬底上获得了理论期待已久的单层硼烯。他们克服了硼难以蒸发的困难,利用国产材料,研制了高纯度、抗高温的特种石墨坩埚。再使用电子束加热坩埚,实现了超高温度下直接热蒸发硼单质。他们通过扫描隧道显微镜研究发现了两种硼烯单层结构,与理论上预言的,具有不同周期孔的三角形晶格(β12相和χ3相)相符。此外,他们还发现硼烯有相当稳定的抗氧化性,并且与衬底仅有较弱的相互作用,预示硼烯未来很有可能在器件上得到应用。论文的合作者物理所表面室孟胜研究组的博士研究生张进在李晖副研究员的指导下对二维硼体系进行了第一性原理研究,揭示了两种硼烯的结构,及其和衬底的相互作用、电荷分布等性质。   实验上实现学术界期待已久的硼烯,为可能的基于硼烯的电子器件提供了诱人的前景。例如,体相的硼单质是半导体材料,而在理论上以及本研究中都已经验证硼烯具有金属性,并且受到其三角晶格中的不同空位排列结构的调制,有可能实现多样化的电子性质。目前已有跟进的理论预言,认为本研究所发现的两种硼烯有可能会出现明显的超导特性(arxiv..以及NanoLett.DOI:10./acs.nanolett.6b)。另外,硼烯具有一定的抗氧化性,有助于克服二维材料易被氧化而不稳定的缺点。硼烯较短的键长也会使其具备较好的机械性能。该工作已经被NatureChemistry正式接收并出版(DOI:10./nchem.)。   硼烯研究的实验进展引发了国际上广泛   本项目得到科技部课题(CB,CB,CBA),基金委重点及面上项目(,,74344,),以及中科院先导B类项目(XDB)的支持。

图1:在Ag()衬底上利用MBE手段获得的单原子层厚度的硼烯岛。(a,d)是Ag()上两种硼烯岛的扫描隧道显微镜图。(b,e)是两种硼烯的高分辨扫描隧道显微镜图,(c,f)是两种硼烯的原子结构模型,其特征是三角晶格中的周期排列的空洞。

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中科院物理所

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