湖南大学Advanced Materials综述：硼烯-石墨烯的新表亲

【前言】

2004年，英国曼彻斯特大学的研究小组用机械剥离的方法制备了原子级别厚度的石墨烯。自此之后，其他二维材料如六方氮化硼、过渡金属二硫化物、黑磷等都先后在实验上被制备出来。因此，一个意思的问题是任何晶体材料都能被加工成二维形态吗？对于本身是层状结构晶体，我们可以肯定地说是，因为石墨烯的成功制备提供了一个范式。那么对于本身不存在层状结构的晶体呢？硼在元素周期表中与碳元素相邻，但缺电子特性使其拥有十多种结构复杂的晶态，并且没有一种晶态是层状结构。因此，硼可以作为一个标杆材料来研究非层状材料的二维形态制备。最近硼烯在实验上的成功制备给出了另一个范式：即非层状晶体材料也可以制备成二维形态。本文历史性地回顾了硼烯从概念提出、到理论探究及最终的实验合成等一系列波澜壮阔的研究历程。

【成果简介】

近日，湖南大学谢声意博士（第一作者）、北京理工大学王业亮教授和吉林大学李贤斌教授联合在 Advanced Materials上发表了一篇名为“Flat Boron: A New Cousin of Graphene”的综述文章。在这篇综述中，作者历史性地回顾了硼烯的研究历程。本文首先介绍了硼烯概念的来源以及实验上平面硼团簇的研究进展；其次，介绍了二维硼片相关的理论研究；然后，作者重点了介绍硼烯的实验进展，包括化学气相沉积、金属衬底上的分子束外延以及超声辅助的液相剥离方法来制备硼烯及少层硼片；最后总结和展望了硼烯在基础科学及未来高端技术中的应用。

【图文导读】

图1. 近二十年来在硼烯领域的研究论文及标志性的研究突破。

图2. 光电子能谱实验联合第一性原理计算确认的平硼/准平硼团簇。

图3 稳定硼烯结构的理论探索方案。

图4化学气相沉积方法在铜衬底上生长γ-B₂₈硼片的实验表征。

图 5 美国阿岗国家实验室用分子束外延技术在银（111）衬底上生长硼烯的实验表征。

图 6. 中国科学院物理研究所用分子束外延技术在银（111）衬底上生长硼烯的实验表征。

图7. 耶鲁大学研究小组在铜（111）衬底上生长硼烯的实验表征。

图8. 超声辅助液相剥离方法制备少层硼片的实验表征。

图9. ARPES表征银衬底上硼烯能带结构。

图 10. 硼烯/有机晶体的横向异质结原型器件

【小结】

本文历史性地回顾了硼烯从概念的提出、理论上的探究直至最终的实验合成的研究历程。硼烯的实验合成，不仅仅是二维材料家族中增加了一个具有奇异性质和广泛应用前景的成员，它更确立了不具备层状结构的晶体制备成二维材料的经典范式。它的成功，使我们可以相信，任何结构复杂的晶体材料，经过理论和实验的不懈努力，都有可能制备成二维材料。

文献链接https://doi.org/10.1002/adma.201900392

【团队介绍】

谢声意博士于2017年1月加入湖南大学物理与微电子科学学院，他致力于极端条件和低维度下的凝聚态物质结构与物性探索。谢博士曾以第一作者或通讯作者在Adv. Mater.、Nano Lett.、Phys. Rev. B、J. Phys. Chem. Lett.、Carbon、Nanoscale等著名学术期刊发表研究论文，另外在Phys. Rev. Lett.、npj Comput. Mater.等发表合作论文，引用700余次，曾获邀在全球华人物理学大会、国际晶体学大会-高压分会等作邀请报告。

本文由湖南大学物理与微电子科学学院供稿。

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