拓撲絕緣體結構設計與生長機理研究取得重要進展：螺旋生長的二維層狀材料
最近，我院曾杰教授課題組在二維層狀材料的拓撲絕緣體納米結構設計、合成與生長機理研究方面取得重要進展。研究人員對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(xiàn)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(xù)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(tǒng)塊體的新型納米材料。該成果以“Screw-Dislocation-Driven Bidirectional Spiral Growth of Bi2Se3 Nanoplates”為題發(fā)表在《德國應用化學》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, DOI：10.1002/anie.201403530），論文的第一作者是物理系碩士研究生莊阿偉。
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拓撲絕緣體是一種近幾年被發(fā)現(xiàn)的新型量子物質態(tài)，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。除了奇異的不受缺陷和非磁性雜質散射的拓撲表面態(tài)外，在拓撲絕緣體中引入一個螺旋位錯的線缺陷，還可能會產(chǎn)生一對拓撲保護的一維螺旋態(tài)，從而創(chuàng)造一條完美的導電通道。類石墨烯層狀結構的硒化鉍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。曾杰教授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(fā)，通過將反應體系維持在極低的過飽和條件下，使硒化鉍在成核過程中產(chǎn)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，打破硒化鉍本征的晶體生長模式。此外，研究人員還通過對螺旋生長速度的控制，合成出不同發(fā)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(xiàn)一維拓撲螺旋態(tài)提供了材料基礎，有助于促進硒化鉍在拓撲絕緣體、熱電以及催化等方面的新發(fā)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。
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這項研究得到了科技部青年973計劃、國家自然科學基金、國家人才計劃、中科院人才計劃、中國科學技術大學創(chuàng)新團隊培育基金等項目的資助。
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論文鏈接：http://dx.doi.org/10.1002/anie.201403530
曾杰教授課題組網(wǎng)頁：http://zengnano.ustc.edu.cn/
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