中國粉體網5月19日訊 最近，中國科學技術大學微尺度物質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的結構設計、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控，通過引入螺旋位錯首次實現了二維層狀材料的螺旋生長，將材料由分立的層狀轉變成連續性的螺旋條帶，從而獲得了一種既不同于單層又有別于傳統塊體的新型納米材料。相關研究成果發表在《德國應用化學》雜志上，論文的第一作者是碩士研究生莊阿偉。
類石墨烯層狀結構的Bi2Se3因其簡單的能帶結構、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現的新型量子物質態，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用前景。拓撲絕緣體除了奇異的不受缺陷和非磁性雜質散射的拓撲表面態外，若在其中引入一個螺旋位錯的線缺陷，還可能會產生一對拓撲保護的一維螺旋態，從而創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，通過將反應體系維持在極低的過飽和條件下，使Bi2Se3在成核過程中產生螺旋位錯的缺陷，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，合成出不同發展程度的螺旋結構，從中闡明了二維層狀材料的螺旋生長機理。
這項研究為實現一維拓撲螺旋態提供了材料基礎，有助于促進Bi2Se3在拓撲絕緣體、熱電以及催化等方面的新發展。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構，從而調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、中國科大創新團隊培育基金等項目的資助。
