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美媒:石墨烯新“表亲”铅烯问世

美媒称,由第十四族元素构成的二维材料(又称石墨烯的“表亲”)近年来引起了极大关注,因为它们有着成为具有实用价值的拓扑绝缘体的独特潜力。

据美国每日科学网站5月23日报道,尤其值得一提的是,这种迄今为止纯理论性的铅基二维蜂窝状材料(名为铅烯)如此引人瞩目的原因是,由于铅的轨道电子结构及因而产生的最大能带隙,它具有最大的自旋轨道相互作用。这有可能使它成为一种坚固耐用的二维拓扑绝缘体,在这种绝缘体中,量子自旋霍尔效应甚至有可能在高于室温的环境下发生。

因此,找到一种可靠且成本低廉的方法来合成铅烯一直被认为是材料科学研究的重要目标。

现在,由日本名古屋大学牵头,研究人员通过在钯上对超薄铅膜进行退火处理来生成铅烯。由此形成的平面材料具有二维单层的标志性蜂窝结构,借助扫描隧道显微镜技术可以看出这一点。

令人惊讶的是,在铅烯下面,形成了一种具有气泡结构的钯铅合金薄膜,类似于“威尔-费伦”结构(它把空间分割为体积相等的单元,让它们之间接触面的表面积之和达到最小,从而解决了“开尔文问题”)。2008年北京奥运会比赛场馆国家游泳中心(又称“水立方”)的设计灵感就来源于“威尔-费伦”结构。

研究小组带头人柚原淳司教授开玩笑地说,北京水立方和“威尔-费伦”结构不是建筑师与材料科学家相互启发的第一个例子。他说:“建筑师巴克敏斯特·富勒为1967年蒙特利尔世界博览会设计了测地线球体,后来碳60以他的名字被命名为‘巴克敏斯特·富勒烯’。”

柚原说:“铅烯和‘纳米水立方’都是给‘纳米自然界’增加的靓丽风景。2020年东京奥运会、2024年巴黎奥运会、2020年迪拜世博会、2023年布宜诺斯艾利斯世博会、2025年大阪世博会等活动场馆有可能再次将其作为未来的新材料引起世人瞩目。”

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