中美大学教授合作在新型量子材料研究上取得重要进展

记者6日从中国科学技术大学获悉，该校科研人员与清华大学、美国斯坦福大学的教授们合作，成功制备出一种新型量子材料。相关研究成果11月5日在线发表在NatureMaterials上。

中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心王兵教授和赵爱迪副教授研究团队，与清华大学徐勇助理教授、段文晖教授以及美国斯坦福大学张首晟教授合作，成功制备出具有纯平蜂窝结构的单层锡烯。

类石墨烯结构的IV族元素二维晶体材料及其物性研究，是当前凝聚态物理学和材料科学领域的重要焦点。其中，二维类石墨烯晶体——锡烯因其具有很强的电子自旋-轨道耦合，被认为是继石墨烯后又一种具有优越物理性质的新型量子材料。

2013年前后，理论物理学家们预言，锡烯是一种理想的大能隙二维拓扑绝缘体，有望实现室温量子自旋霍尔效应，在拓扑电子学器件应用方面具有重要的意义。过去几年中，中外多个研究组在不同的衬底表面制备了单层锡烯，但由于受衬底影响，这些已制备出的锡烯都具有非平面的翘曲结构且均未表现出拓扑物性。如何制备出具有拓扑特性的锡烯，成为二维类石墨烯材料物性研究亟待突破的重要难题。

经过近三年反复摸索，科研人员通过合作，成功制备出了具有拉伸晶格结构的单层锡烯。实验证实了其与碳基石墨烯具有诸多相似性，有望为平面蜂窝结构的材料提供新的研究平台。更为重要的是，由于衬底的外延作用，这一纯平锡烯的晶格常数高达0.51纳米，具有拓扑特性。

与此同时，超高真空扫描隧道显微学以及角分辨光电子能谱学结果与第一性原理计算的能态结构一致，并进一步的理论计算，预言了在纯平蜂窝结构的锗烯和铅烯中也存在类似的拓扑特性，从而构成了一类新型的二维拓扑量子材料家族。

据介绍，该研究将对二维量子材料的研究和应用开发起到重要推动作用。