原子是多数材料的基本组成部分—至少，在传统观念中的是这样的。在一项新的研究中，研究人员制造出首个超原子二维半导体材料，这种材料的基本构成单位不是原子，而是超原子—它是会表现出一个或多个独立原子的一些特性的原子团。研究人员预计，这种新材料将只是新二维半导体系列材料的第一个成员，其超大的外形结构将极大地扩展二维材料的多样性、功能性拓宽应用前景。

朱晓阳和意大利理工学院CNR-ISTM和D3-CompuNet，以及法国安格斯大学CNRS UMR的合著者在最近一期的“Nano Letters”上发表了一篇关于首个超原子二维半导体的论文。

“这项工作为新型二维材料的研发打开了一扇新的大门，使新材料具有更大的可调性和物理性质的可控性”哥伦比亚大学的朱晓阳教授在杂志社的采访中说道。

正如研究人员在论文中解释的，二维材料仍然是一个非常年轻的研究领域，目前大多数二维材料的结构都相对比较简单。例如，石墨烯就是由单层的碳原子组成。相比之下，固态化学中研究的块状材料的结构复杂性要大得多，这使材料在电、光和磁等方面应用的多种多样。

在这项新研究中，研究人员表示设计具有超大体结构的二维材料可能会为实现材料的多的多样性和拓宽材料的应用提供一条新的途径。尽管超原子材料先前已经在三维材料上得到了证明，但迄今为止，因为超原子之间缺乏共价键而无法在二维维度上制备这些材料。

在这里，研究人员研究了一种名为Re6Se8Cl2的小规模的研究材料，这种材料的首次报道是在1983年。他们的分析表明这种材料的结构不像石墨烯那样由单层原子组成，而是一种具有超晶格特征的“倾斜团簇的伪方格” 结构体组成。

在这种材料中，超晶格团簇是通过强共价键连接在一起的，但各层之间的相互作用力很弱，使得可以在保持其原始结构的同时剥离出薄片材料。研究人员使用透明胶带法制备了厚度约15 nm的超薄片，目前正致力于研制单层薄片。

基于他们对Re6Se8Cl2薄片的电学和光学特性的初步测试，研究人员预计这种超大型二维半导体的独特复杂结构将为研发出新颖、具有可调节的特性和功能的二维材料提供一种全新的有效途径。

朱教授解释道：“我们计划探索这些新的二维半导体中的多功能、电子和声子自由度的控制，以及与之密切相关的物理现象。”


来源：材料科技在线