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我院纳米所在二维原子晶体时代开创新进展
 

近日,南京航空航天大学纳米科学研究所通过理论研究预测出一种新的四角形结构的二维原子晶体,相关成果已发表在20121128出版的最新一期美国化学会志(JACS)上。

二维原子晶体是指一种只有单个或几个原子厚度的二维材料。这种材料因为其绝对的二维结构具有令人意外的特性与功能。其中最具代表性的便是石墨烯,即大众熟知的石墨在变成只有一个原子厚度时所形成的结构,其发明者在2010年荣获诺贝尔物理学奖。近来,二维原子晶体的研究热潮已从石墨烯迅速向其它材料蔓延,如氮化硼,过渡金属硫族化合物等都具有类似的原子晶体结构。但当前所报道二维原子晶体都具有六边形(hexagon)网格的蜂窝状结构,它们的性质因此存在诸多类似之处,而在宏观世界里,四边形网格的结构却更为普遍,比如布料、篱笆以及人行道的路面等。因为原子轨道排布具有立体倾向性,在原子晶体中实现这种四角形拓扑结构极具挑战性,至今未有相关报道。

南京航空航天大学纳米科学研究所张助华副教授、郭万林教授与美国莱斯大学机械工程系讲教授Boris I. Yakobson合作,基于量子力学第一性原理通过大规模的原子结构搜索,发现单原子层碳化钛(TiC)二维原子晶体因为其独特的原子杂化机制而具有高度稳定的四角形(tetragon)结构。在进一步模拟后发现这种四角形二维原子晶体是一种良好的半导体,显著不同于其它原子晶体,并且它的力学和电子性质具有明显的各项异性。因此电子在这种材料中传导将会沿着某一特定的方向流动。这一研究成果有望将二维原子晶体材料的研究引入全新的领域。

                 

二维原子晶体时代的四方结构材料

 

二维原子晶体研究从六方结构拓展到四方结构

论文链接 http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja308576g

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