湖南大學Advanced Materials綜述：硼烯-石墨烯的新表親

【前言】

2004年，英國曼徹斯特大學的研究小組用機械剝離的方法制備了原子級別厚度的石墨烯。自此之后，其他二維材料如六方氮化硼、過渡金屬二硫化物、黑磷等都先后在實驗上被制備出來。因此，一個意思的問題是任何晶體材料都能被加工成二維形態嗎？對于本身是層狀結構晶體，我們可以肯定地說是，因為石墨烯的成功制備提供了一個范式。那么對于本身不存在層狀結構的晶體呢？硼在元素周期表中與碳元素相鄰，但缺電子特性使其擁有十多種結構復雜的晶態，并且沒有一種晶態是層狀結構。因此，硼可以作為一個標桿材料來研究非層狀材料的二維形態制備。最近硼烯在實驗上的成功制備給出了另一個范式：即非層狀晶體材料也可以制備成二維形態。本文歷史性地回顧了硼烯從概念提出、到理論探究及最終的實驗合成等一系列波瀾壯闊的研究歷程。

【成果簡介】

近日，湖南大學謝聲意博士（第一作者）、北京理工大學王業亮教授和吉林大學李賢斌教授聯合在 Advanced Materials上發表了一篇名為“Flat Boron: A New Cousin of Graphene”的綜述文章。在這篇綜述中，作者歷史性地回顧了硼烯的研究歷程。本文首先介紹了硼烯概念的來源以及實驗上平面硼團簇的研究進展；其次，介紹了二維硼片相關的理論研究；然后，作者重點了介紹硼烯的實驗進展，包括化學氣相沉積、金屬襯底上的分子束外延以及超聲輔助的液相剝離方法來制備硼烯及少層硼片；最后總結和展望了硼烯在基礎科學及未來高端技術中的應用。

【圖文導讀】

圖1. 近二十年來在硼烯領域的研究論文及標志性的研究突破。

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圖2. 光電子能譜實驗聯合第一性原理計算確認的平硼/準平硼團簇。

圖3?穩定硼烯結構的理論探索方案。

圖4化學氣相沉積方法在銅襯底上生長γ-B₂₈硼片的實驗表征。

圖 5 美國阿崗國家實驗室用分子束外延技術在銀（111）襯底上生長硼烯的實驗表征。

圖 6. 中國科學院物理研究所用分子束外延技術在銀（111）襯底上生長硼烯的實驗表征。

圖7. 耶魯大學研究小組在銅（111）襯底上生長硼烯的實驗表征。

圖8. 超聲輔助液相剝離方法制備少層硼片的實驗表征。

圖9. ARPES表征銀襯底上硼烯能帶結構。

圖 10. 硼烯/有機晶體的橫向異質結原型器件

【小結】

本文歷史性地回顧了硼烯從概念的提出、理論上的探究直至最終的實驗合成的研究歷程。硼烯的實驗合成，不僅僅是二維材料家族中增加了一個具有奇異性質和廣泛應用前景的成員，它更確立了不具備層狀結構的晶體制備成二維材料的經典范式。它的成功，使我們可以相信，任何結構復雜的晶體材料，經過理論和實驗的不懈努力，都有可能制備成二維材料。

文獻鏈接https://doi.org/10.1002/adma.201900392

【團隊介紹】

謝聲意博士于2017年1月加入湖南大學物理與微電子科學學院，他致力于極端條件和低維度下的凝聚態物質結構與物性探索。謝博士曾以第一作者或通訊作者在Adv. Mater.、Nano Lett.、Phys. Rev. B、J. Phys. Chem. Lett.、Carbon、Nanoscale等著名學術期刊發表研究論文，另外在Phys. Rev. Lett.、npj Comput. Mater.等發表合作論文，引用700余次，曾獲邀在全球華人物理學大會、國際晶體學大會-高壓分會等作邀請報告。

本文由湖南大學物理與微電子科學學院供稿。

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