平整的二維錫原子：很可能成為拓撲絕緣體

摘要：名古屋大學的科研人員研製出將有可能應用於電子產品中的二維錫原子。

有的時候原子成二維排列會表現出突出的特性。比如，二維碳原子石墨烯的優點已經明顯的顯現出來。隨之而來的出現了大量硅或鍺等其他元素組成的石墨烯結構類似物，我們稱這種材料為「後石墨烯材料」。

現在，由日本名古屋大學（日本）牽頭的涉及法國艾克斯馬賽大學，德國漢堡馬克斯普朗克研究所和巴斯克大學（西班牙）的國際研究小組等研究團隊已經發布了第一個真正平面的stanene樣本 ：單層錫（Sn）原子。 Planar stanene可作為一個卓越的高科技電導體使用的材料。

就像石墨烯不同於普通的石墨一樣，stanene的行為與單個靈活移動的錫原子不同。 由於重元素中電子的自旋 - 軌道相互作用相對較強，單層錫被認為是「拓撲絕緣體」，也被稱為量子自旋霍爾（QSH）絕緣體。 這個顯著的類別的材料在其內部是絕緣的，但其表面或邊緣具有良好的導電性能。 理論上講，這會導致單層拓撲絕緣體成為納米電子學的理想布線材料。 此外，這些材料邊緣的高導電通道可以攜帶特殊的手性電流，自旋鎖定在運輸方向，這使得它們對於自旋電子學應用也非常有吸引力。

在以前的研究中，在碲化鉍或銻的基底上生長錫烯，錫層表現出高度彎曲而且密度相對不均勻。 名古屋大學的研究人員選擇銀（Ag）作為基體，具體而言，Ag（111）晶面的晶格常數稍大於獨立式晶格，導致在大面積上形成扁平化錫單層， 從而擴展其工業應用領域。

單個的錫原子被緩慢地沉積在銀基體上，我們將這種現象稱為外延生長。更重要的是，stanene塗層並不是直接從銀基體上直接生成的。 相反，如核心級光譜所示，第一步是在兩種物質之間形成表面合金（Ag2Sn）。然後，另一輪的錫沉積在合金頂上產生一層純的、高度結晶的晶體。經隧穿顯微鏡觀察，其呈現出引人注目的錫原子蜂窩格子圖像，而這直接說明了stanene的結構是六角形結構。

正如密度泛函理論計算表明，這種合金保證了錫層的平整度。該團隊曾在《2D材料》雜誌上發表了一篇相關的文章，其主要作者Junji Yuhara解釋說：「Stanene遵循Ag2Sn表面合金的晶體周期性，因此，不是像單個原子那樣凹凸不平，而是使平面變平（存在微小的應變）以最大限度地與下面的合金接觸。 stanene和基體之間的這種相互穩定不僅保持了平穩的層面，而且會使它們長到大約5,000平方毫米，生長成這種尺寸是非常令人印象深刻的。」

Planar stanene在電子和計算領域擁有著令人難以置信的應用前景。 Aix-Marseille大學項目組負責人Guy Le Lay表示：「QSH的作用很微小，大多數拓撲絕緣體只能在低溫下顯示出來。 然而，stanene則在室溫和更高的溫度下也被預測為QSH狀態，特別是當用其他元素進行功能化時，我們希望在未來的計算機電路中能夠看到silnene和stanene結合在一起，從而使得基於目前的尖端技術上大大提高計算效率 。」

原文題目：2d tin (stanene) without buckling: A possible topological insulator，原文來自sciencedaily，由材料科技在線團隊翻譯整理

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