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石墨烯的“表親”:第14族元素構(gòu)成的二維材料鉛烯問世

2019-05-30 09:17  來源:科技日報  瀏覽:  

據(jù)報道,由第14族元素構(gòu)成的二維材料(石墨烯的“表親”)近年來引起極大關(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(xiàn)實。

鉛烯引人矚目的原因在于:鉛的電子軌道結(jié)構(gòu)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(yīng)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,通過在鈀上對超薄鉛膜進行退火處理,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(jié)構(gòu)。

令他們驚訝的是,在鉛烯下面形成了一種具有氣泡結(jié)構(gòu)的鈀鉛合金薄膜,類似于“威爾—費倫”結(jié)構(gòu)(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,北京奧運會比賽場館國家游泳中心“水立方”的設(shè)計靈感就來源于“威爾—費倫”結(jié)構(gòu)。

研究小組帶頭人柚原淳司表示,北京“水立方”和“威爾—費倫”結(jié)構(gòu)并非建筑師與材料科學(xué)家相互啟發(fā)的第一個例子。他說:“1967年,建筑師巴克敏斯特·富勒為蒙特利爾世界博覽會設(shè)計了測地線球體,后來碳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年東京奧運會、2024年巴黎奧運會、2020年迪拜世博會、2023年布宜諾斯艾利斯世博會、2025年大阪世博會等活動的場館都有可能表現(xiàn)未來的新材料而引起世人矚目。”

石墨烯作為一個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(yīng)、電學(xué)性能以及低溫吸氫、常溫無散射、應(yīng)變傳感等功能。而隨著材料科學(xué)界合成技術(shù)的快速迭代,石墨烯的“親友”們也開始走入人們視線,鉛烯就是這樣一個例子。由于獨特的結(jié)構(gòu),鉛烯可以說是給納米自然界增加了一道靚麗風景,而未來,鉛烯在觸摸屏、超級電容等電子產(chǎn)品中的應(yīng)用也會逐漸成為現(xiàn)實。

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