中國粉體網(wǎng)5月19日訊  最近，中國科學技術(shù)大學微尺度物質(zhì)科學國家實驗室和化學與材料科學學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》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意義。

　　這項研究得到了科技部青年“973”計劃、國家自然科學基金、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。