【前言】

2004年，湖南英國曼徹斯特大學(xué)的大學(xué)研究小組用機(jī)械剝離的方法制備了原子級別厚度的石墨烯。自此之后，述硼其他二維材料如六方氮化硼、湖南過渡金屬二硫化物、大學(xué)黑磷等都先后在實(shí)驗(yàn)上被制備出來。述硼因此，湖南一個(gè)意思的大學(xué)問題是任何晶體材料都能被加工成二維形態(tài)嗎？對于本身是層狀結(jié)構(gòu)晶體，我們可以肯定地說是述硼，因?yàn)槭┑暮铣晒χ苽涮峁┝艘粋€(gè)范式。那么對于本身不存在層狀結(jié)構(gòu)的大學(xué)晶體呢？硼在元素周期表中與碳元素相鄰，但缺電子特性使其擁有十多種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的述硼晶態(tài)，并且沒有一種晶態(tài)是湖南層狀結(jié)構(gòu)。因此，大學(xué)硼可以作為一個(gè)標(biāo)桿材料來研究非層狀材料的述硼二維形態(tài)制備。最近硼烯在實(shí)驗(yàn)上的成功制備給出了另一個(gè)范式：即非層狀晶體材料也可以制備成二維形態(tài)。本文歷史性地回顧了硼烯從概念提出、到理論探究及最終的實(shí)驗(yàn)合成等一系列波瀾壯闊的研究歷程。

【成果簡介】

近日，湖南大學(xué)謝聲意博士（第一作者）、北京理工大學(xué)王業(yè)亮教授和吉林大學(xué)李賢斌教授聯(lián)合在 Advanced Materials上發(fā)表了一篇名為“Flat Boron: A New Cousin of Graphene”的綜述文章。在這篇綜述中，作者歷史性地回顧了硼烯的研究歷程。本文首先介紹了硼烯概念的來源以及實(shí)驗(yàn)上平面硼團(tuán)簇的研究進(jìn)展；其次，介紹了二維硼片相關(guān)的理論研究；然后，作者重點(diǎn)了介紹硼烯的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展，包括化學(xué)氣相沉積、金屬襯底上的分子束外延以及超聲輔助的液相剝離方法來制備硼烯及少層硼片；最后總結(jié)和展望了硼烯在基礎(chǔ)科學(xué)及未來高端技術(shù)中的應(yīng)用。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1. 近二十年來在硼烯領(lǐng)域的研究論文及標(biāo)志性的研究突破。

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圖2. 光電子能譜實(shí)驗(yàn)聯(lián)合第一性原理計(jì)算確認(rèn)的平硼/準(zhǔn)平硼團(tuán)簇。

圖3?穩(wěn)定硼烯結(jié)構(gòu)的理論探索方案。

圖4化學(xué)氣相沉積方法在銅襯底上生長γ-B₂₈硼片的實(shí)驗(yàn)表征。

圖 5 美國阿崗國家實(shí)驗(yàn)室用分子束外延技術(shù)在銀（111）襯底上生長硼烯的實(shí)驗(yàn)表征。

圖 6. 中國科學(xué)院物理研究所用分子束外延技術(shù)在銀（111）襯底上生長硼烯的實(shí)驗(yàn)表征。

圖7. 耶魯大學(xué)研究小組在銅（111）襯底上生長硼烯的實(shí)驗(yàn)表征。

圖8. 超聲輔助液相剝離方法制備少層硼片的實(shí)驗(yàn)表征。

圖9. ARPES表征銀襯底上硼烯能帶結(jié)構(gòu)。

圖 10. 硼烯/有機(jī)晶體的橫向異質(zhì)結(jié)原型器件

【小結(jié)】

本文歷史性地回顧了硼烯從概念的提出、理論上的探究直至最終的實(shí)驗(yàn)合成的研究歷程。硼烯的實(shí)驗(yàn)合成，不僅僅是二維材料家族中增加了一個(gè)具有奇異性質(zhì)和廣泛應(yīng)用前景的成員，它更確立了不具備層狀結(jié)構(gòu)的晶體制備成二維材料的經(jīng)典范式。它的成功，使我們可以相信，任何結(jié)構(gòu)復(fù)雜的晶體材料，經(jīng)過理論和實(shí)驗(yàn)的不懈努力，都有可能制備成二維材料。

文獻(xiàn)鏈接https://doi.org/10.1002/adma.201900392

【團(tuán)隊(duì)介紹】

謝聲意博士于2017年1月加入湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院，他致力于極端條件和低維度下的凝聚態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與物性探索。謝博士曾以第一作者或通訊作者在Adv. Mater.、Nano Lett.、Phys. Rev. B、J. Phys. Chem. Lett.、Carbon、Nanoscale等著名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表研究論文，另外在Phys. Rev. Lett.、npj Comput. Mater.等發(fā)表合作論文，引用700余次，曾獲邀在全球華人物理學(xué)大會(huì)、國際晶體學(xué)大會(huì)-高壓分會(huì)等作邀請報(bào)告。

本文由湖南大學(xué)物理與微電子科學(xué)學(xué)院供稿。

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