石墨烯的“表親”:第14族元素構成的二維材料鉛烯問(wèn)世

2019-05-30 09:17  來(lái)源:科技日報  瀏覽:  

據報道,由第14族元素構成的二維材料(石墨烯的“表親”)近年來(lái)引起極大關(guān)注,因為它們具有成為拓撲絕緣體的潛力。近日,日本科學(xué)家首次讓純理論性的鉛基二維蜂窩狀材料鉛烯(plumbene)成為現實(shí)。

鉛烯引人矚目的原因在于:鉛的電子軌道結構及因而產(chǎn)生的最大能帶隙,使它具有最大的自旋軌道相互作用,這有可能使它成為一種堅固耐用的二維拓撲絕緣體。在這種絕緣體中,量子自旋霍爾效應甚至有可能在高于室溫的環(huán)境下發(fā)生。因此,找到一種可靠且成本低廉的方法合成鉛烯一直是材料科學(xué)研究的重要目標。

在最新研究中,由名古屋大學(xué)牽頭的研究團隊,通過(guò)在鈀上對超薄鉛膜進(jìn)行退火處理,制造出了鉛烯,由此形成的平面材料具有二維單層的標志性蜂窩結構。

令他們驚訝的是,在鉛烯下面形成了一種具有氣泡結構的鈀鉛合金薄膜,類(lèi)似于“威爾—費倫”結構(它把空間分割成體積相等的單元,讓它們之間接觸面的表面積之和達到最小)。2008年,北京奧運會(huì )比賽場(chǎng)館國家游泳中心“水立方”的設計靈感就來(lái)源于“威爾—費倫”結構。

研究小組帶頭人柚原淳司表示,北京“水立方”和“威爾—費倫”結構并非建筑師與材料科學(xué)家相互啟發(fā)的第一個(gè)例子。他說(shuō):“1967年,建筑師巴克敏斯特·富勒為蒙特利爾世界博覽會(huì )設計了測地線(xiàn)球體,后來(lái)碳60以他的名字被命名為‘巴克敏斯特·富勒烯’。我們可以期待,2020年?yáng)|京奧運會(huì )、2024年巴黎奧運會(huì )、2020年迪拜世博會(huì )、2023年布宜諾斯艾利斯世博會(huì )、2025年大阪世博會(huì )等活動(dòng)的場(chǎng)館都有可能表現未來(lái)的新材料而引起世人矚目。”

石墨烯作為一個(gè)從石墨材料中剝離出的二維碳材料,已經(jīng)向人們展示了其優(yōu)異的熱力效應、電學(xué)性能以及低溫吸氫、常溫無(wú)散射、應變傳感等功能。而隨著(zhù)材料科學(xué)界合成技術(shù)的快速迭代,石墨烯的“親友”們也開(kāi)始走入人們視線(xiàn),鉛烯就是這樣一個(gè)例子。由于獨特的結構,鉛烯可以說(shuō)是給納米自然界增加了一道靚麗風(fēng)景,而未來(lái),鉛烯在觸摸屏、超級電容等電子產(chǎn)品中的應用也會(huì )逐漸成為現實(shí)。

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