中安在線、中安新聞客戶端訊 近日，記者從中國科學技術大學獲悉，經過近三年反覆摸索，中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家研究中心與清華大學以及美國斯坦福大學合作，利用低溫分子束外延技術成功製備出了具有拉伸晶格結構的單層錫烯，並結合第一性原理計算證實了其存在拓撲能帶反轉及拓撲邊界態。

具有拓撲能帶反轉和大拓撲能隙的純平錫烯的實驗實現，爲類石墨烯的拓撲物性研究開闢了一條新的研究路線，將對二維量子材料的研究和應用開發起到重要推動作用。後續擬開展的研究工作將通過優化襯底和增加柵極以隔絕襯底電子相互作用並實現拓撲能隙的調控，爲最終制備可實用的室溫拓撲器件提供研究基礎。

純平蜂窩結構錫烯的製備和原子尺度形貌圖(1-3)、結構模型(4-5)、理論計算(6)和實驗觀測到的電子能帶結構(7-8)。

類石墨烯結構的IV族元素二維晶體材料及其物性研究，是當前凝聚態物理學和材料科學領域的重要焦點。其中，基於元素錫(Sn)的二維類石墨烯晶體錫烯(Stanene)因其具有很強的電子自旋-軌道耦合，被認爲是繼石墨烯後又一種具有優越物理性質的新型量子材料。錫烯是一種理想的大能隙二維拓撲絕緣體，有望實現室溫量子自旋霍爾效應，在拓撲電子學器件應用方面具有重要的意義。過去幾年中，國內外多個研究組在不同的襯底表面製備了單層錫烯，但由於受襯底影響，這些已製備出的錫烯都具有非平面的翹曲結構且均未表現出拓撲物性。如何製備出具有拓撲特性的錫烯，成爲二維類石墨烯材料物性研究亟待突破的重要難題。

該研究工作首次發現單層錫烯可以表現出與石墨烯完全一致的平面蜂窩狀結構，爲碳基石墨烯家族添加了錫基成員。實驗中觀測到純平錫烯的化學惰性以及缺陷結構，也證實了其與碳基石墨烯具有諸多相似性，有望爲平面蜂窩結構的材料提供新的研究平臺。更爲重要的是，由於襯底的外延作用，這一純平錫烯的晶格常數高達0.51納米，故存在因晶格拉伸導致的s-p軌道拓撲能帶反轉，即具有拓撲特性。進一步的理論計算還預言了在純平蜂窩結構的鍺烯和鉛烯中也存在類似的拓撲特性，從而構成了一類新型的二維拓撲量子材料家族。(記者 聶靜潔)