2020-05-22 23:47:02
当理论化学家的预测成为现实时

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德累斯顿工业大学理论化学教授托马斯·海涅(Thomas Heine)和他的团队首先在2019年预测了二维二维聚合物。仅一年后,由意大利研究人员领导的国际团队便能够合成这些材料并通过实验证明其拓扑结构属性。对于著名的《自然材料》杂志来说,这是邀请托马斯·海涅(Thomas Heine)参加本周发表的《新闻与观点》的机会。 Heine教授以“使2D拓扑聚合物成为现实”为题,描述了他的理论如何成为现实。

超薄材料作为下一代纳米电子设备的构建模块非常有趣,因为通过将2D层成形为所需的形式来制造电路和其他复杂结构要容易得多。德累斯顿大学理论化学教授Thomas Heine正在研究这种创新材料。即使在实验室中尚未实现,也可以使用现代计算化学方法精确地计算其性质。

对于2-D聚合物,这项研究特别有趣:它们的晶格类型由其结构单元的形状定义,并且可以从几乎无限多种与所需结构匹配的平面有机分子中进行选择。一个特别有趣的例子是kagome晶格,它由一个三边形平铺的角和边缘组成。在2019年,Yu Jing和Thomas Heine提议从三角形有机分子(所谓的triangulenes)合成这种2-D聚合物。这些材料具有蜂窝-kagome的组合结构(见图)。他们的计算表明,这些二维结构将石墨烯的特性(准无质量电荷载流子)与超导体的特性(扁平电子带)结合在一起。

现在,意大利材料科学家Giorgio Contini和他的国际团队已成功合成了这种2-D蜂窝状kagome聚合物,正如本周早些时候在《自然材料》上发表的那样。创新的表面合成方法可以生产出高质量的晶体,使其适合于电子特性的实验表征。

确实,揭示了令人着迷的预测拓扑特性。因此,首次可以通过实验证明可以通过二维聚合物实现拓扑材料。

因此,对2-D聚合物的研究处于坚实的基础。这里描述的kagome晶格只是将平面分子连接到规则晶格的数百种可能性中的一个例子。对于这些变体中的一些,理论上已经预测了其他有趣的电子特性。这为化学和物理学的理论家和实验家开辟了许多新的可能性,以开发具有以前未知特性的材料。

Heine教授解释说:“这些结果表明,二维聚合物可以是具有有用电子特性的材料,尽管它们的结构比常规电子材料的筛网宽得多,晶格点之间的距离大于一纳米。在于材料具有出色的结构质量,其中包括高结晶度和极低的缺陷密度。Contini教授的同事的另一个重要贡献是,尽管二维聚合物是在金属表面上生产的,但它们仍然可以分离并转移到任何其他衬底,例如氧化硅或云母,从而结合到电子设备中。”

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