中國粉體網(wǎng)5月19日訊  最近，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授曾杰研究組在拓撲絕緣體二維層狀納米材料Bi2Se3的結(jié)構(gòu)設(shè)計、合成與生長機理研究方面取得新進展。研究人員對Bi2Se3晶體的成核及生長進行了動力學(xué)調(diào)控，通過引入螺旋位錯首次實現(xiàn)了二維層狀材料的螺旋生長，將材料由分立的層狀轉(zhuǎn)變成連續(xù)性的螺旋條帶，從而獲得了一種既不同于單層又有別于傳統(tǒng)塊體的新型納米材料。相關(guān)研究成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》雜志上，論文的第一作者是碩士研究生莊阿偉。

類石墨烯層狀結(jié)構(gòu)的Bi2Se3因其簡單的能帶結(jié)構(gòu)、遠大于室溫的能量漲落體帶隙，被認為是最有前景的拓撲絕緣體材料之一。拓撲絕緣體是一種近幾年被發(fā)現(xiàn)的新型量子物質(zhì)態(tài)，在能量無耗傳輸、自旋電子學(xué)以及量子計算機等方面有著很大的應(yīng)用前景。拓撲絕緣體除了奇異的不受缺陷和非磁性雜質(zhì)散射的拓撲表面態(tài)外，若在其中引入一個螺旋位錯的線缺陷，還可能會產(chǎn)生一對拓撲保護的一維螺旋態(tài)，從而創(chuàng)造一條完美的導(dǎo)電通道。

　　該課題組基于特色的可控制備手段，從晶體生長的動力學(xué)理論出發(fā)，通過將反應(yīng)體系維持在極低的過飽和條件下，使Bi2Se3在成核過程中產(chǎn)生螺旋位錯的缺陷，從而誘導(dǎo)層狀材料進行雙向的螺旋生長，打破Bi2Se3本征的晶體生長模式。研究人員還通過對螺旋生長速度的控制，合成出不同發(fā)展程度的螺旋結(jié)構(gòu)，從中闡明了二維層狀材料的螺旋生長機理。

這項研究為實現(xiàn)一維拓撲螺旋態(tài)提供了材料基礎(chǔ)，有助于促進Bi2Se3在拓撲絕緣體、熱電以及催化等方面的新發(fā)展。此外，探索螺旋生長的方式對于合成其他二維層狀材料的螺旋結(jié)構(gòu)，從而調(diào)制材料的物理性能也有重要的指導(dǎo)意義。

　　這項研究得到了科技部青年“973”計劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年****、中科院百人計劃、中國科大創(chuàng)新團隊培育基金等項目的資助。