我國科學(xué)家在新型二維材料硼烯制備方面取得重要突破

硼烯是指由硼元素構(gòu)成的二維平面結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的二維六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)賦予其狄拉克錐的能帶結(jié)構(gòu)和新奇量子效應(yīng)。但理論計(jì)算表明，由于電子的缺失，自由狀態(tài)下蜂窩狀硼烯并不能穩(wěn)定存在。

在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“納米科技”重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目“半導(dǎo)體二維原子晶體材料的制備與器件特性”的支持下，中國科學(xué)院物理研究所吳克輝、陳嵐研究員等深入開展硼烯薄膜的制備研究。他們采用單晶Al(111)作為基底，通過對(duì)生長參數(shù)的精確調(diào)控，成功制備出蜂窩狀結(jié)構(gòu)的硼烯薄膜。利用高分辨掃描隧道顯微鏡觀察到硼烯完美的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)，其晶格周期為0.29nm，接近自由狀態(tài)下蜂窩狀硼烯的理論晶格周期0.3nm。同時(shí)，這種蜂窩狀結(jié)構(gòu)在跨越襯底臺(tái)階時(shí)保持了連續(xù)不間斷的特點(diǎn)，為硼烯單層平面蜂窩狀結(jié)構(gòu)的存在提供了又一力證。由于硼獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)，通過基底與硼烯之間的界面電荷轉(zhuǎn)移向硼烯中注入大量電子是獲得穩(wěn)定的蜂窩狀硼烯最有效的途徑之一。通過第一性原理計(jì)算，發(fā)現(xiàn)Al(111)基底與硼烯中每個(gè)硼原子間有近1個(gè)電子的電荷轉(zhuǎn)移，有效地解決了蜂窩狀結(jié)構(gòu)二維硼烯中的電子缺失，對(duì)其穩(wěn)定存在起到至關(guān)重要的作用。

該工作實(shí)現(xiàn)了平面六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)的硼烯的制備，同時(shí)該工作也為進(jìn)一步研究硼烯中可能存在的奇異電子特性奠定了基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)基于硼烯的電子器件提供了誘人的前景。