石墨烯後繼有人？科學家篩選出258種新型二維材料，或引發新一輪革命！

二維材料，伴隨著2004年英國曼徹斯特大學（University of Manchester）Geim小組成功剝離出單原子層的石墨材料——石墨烯（graphene） 而提出。石墨烯因其具有的單元子層厚度、高載流子遷移率、強度高等特性，無論在理論上還是實際應用中都被廣泛認為是21世紀的革命性材料。

石墨烯對物理學基礎研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進行論證的量子效應可以通過實驗經行驗證。 在二維的石墨烯中，電子的質量彷彿是不存在的，這種性質使石墨烯成為了一種罕見的可用於研究相對論量子力學的凝聚態物質——因為無質量的粒子必須以光速運動，從而必須用相對論量子力學來描述，這為理論物理學家們提供了一個嶄新的研究方向：一些原來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗，可以在小型實驗室內用石墨烯進行。

零能隙的半導體主要是單層石墨烯，這種電子結構會嚴重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應活性增強的功能是由石墨烯的氫化反應和氧化反應結果顯示出來的，說明石墨烯的電子結構可以調變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結構可以通過氣體分子吸附的誘導而發生相應的變化，其不但對載流子的濃度進行改變，同時可以摻雜不同的石墨烯。

那麼除石墨烯之外，是否還有其它與石墨烯結構相似、性能相近的二維材料？單層石墨烯是由碳（C）原子通過強共價鍵相結合而成，而石墨烯層與層間是通過較弱的范德華力（分子間作用力）相吸引，正是這種結構特點使科學家得以從石墨上剝離下單層石墨烯。

近日，瑞士洛桑聯邦理工學院的研究人員依據這一結構特點，在多種開放性資料庫（Crystallography Open Database等）中利用定製程序對符合上述結構特性的物質進行了篩選。最終從超過10萬個晶體結構中獲得了1825個初步目標晶體，其中每一個都可能剝離出類似於石墨烯那樣的二維結構片層。

二維材料單原子的極薄厚度為電子學及材料領域提供了極其光明的前景。另一方面，單原子層材料的物理性質常常與三維結構材料存在天壤之別，這為應用過程中創造了新的自由度，同時也在凝聚態物理領域大放光彩。

結果嚴格篩選，研究人員最終確定出了258種結構並不太複雜的化學物質可能成為石墨烯的後繼者。其中半導體材料竟然多達166種，同時有92種材料被認定為金屬物質，另外還有56種材料可能具有不尋常的磁性。

要知道，即使這258種材料中僅有一小部分最終能像石墨烯那樣成為科學界的香餑餑，也會為電子及其它領域創建特定的材料提供更多的選擇。研究人員表示，下一步將會測試這些篩選出化合物的二維材料特性，進一步尋找下一個令人興奮的「超級材料」。

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