美国西北大学的工程师首次创造出了原子级平坦的双层硼烯材料，这一壮举打破了硼在单原子层限制之外形成非平面团簇的自然趋势。该研究于8月26日发表在《自然材料》杂志上。

尽管硼烯（一种单原子层厚的硼片）以其非常有前途的电子特性而闻名，但它在合成方面具有挑战性。与模拟它的二维材料石墨烯不同，石墨烯可以使用透明胶带等简单的东西从天然分层的石墨上剥离获得，而硼烯不能从大块硼上剥离。相反，硼烯必须直接生长在基材上。

如果生长一层很困难，那么生长多层原子级平坦的硼烯似乎是不可能的。由于块状硼不像石墨那样分层，因此在单个原子层之外生长的硼会导致聚合而不是形成平面的薄膜。

该研究的共同资深作者、西北大学的Mark C. Hersam说：“当你尝试生长更厚的层时，硼想要形成它的块状结构。而不是保持原子级平面，较厚的硼膜形成粒子和簇。关键要是找到阻止簇形成的生长条件。直到现在，我们认为你还不能制出超过一层。现在我们已经进入了单原子层和大块之间的未知探索领域，这为发现创造了一个新的游乐场。”

五年前，Hersam和他的合作者第一次创造了硼烯。硼烯比石墨烯更坚固、更轻、更灵活。它有可能会彻底改变电池、电子产品、传感器、太阳能电池和量子计算。尽管理论研究预测双层硼烯是可能的，但包括Hersam在内的许多研究人员并不相信这一点。

Hersam说：“即使理论工作预测了它的存在，单制造这种新材料也具有挑战性。理论很少告诉你实现这种新结构所需的合成条件。”

Hersam的团队发现，正确条件的关键是用于其生长材料的基材。在这项研究中，Hersam和他的同事在平坦的银基材上培养了硼烯。当暴露在非常高的温度下时，银会在原子级台阶束间形成非常平坦的大梯田。

“当我们在这些大而平坦的梯田上种植硼烯时，我们看到形成了第二层。”Hersam接着说：“在偶然的观察之后，我们有意将精力集中在这个方向上。当我们找到它时，我们并不是在寻找第二层。许多材料的发现都是以这种方式发生的，但当你偶然发现一些意想不到的东西时，你必须意识到这个机会。”

这种双层材料保留了硼烯所有的理想电子特性，同时提供了新的优势。例如，该材料包括两个原子层厚的薄片，它们之间有空间粘合在一起，可用于能量或化学存储。

Hersam说：“有理论预测，双层硼烯是一种很有前途的电池材料。层与层之间的空间提供了一个容纳锂离子的地方。”

Hersam的团队希望其他研究人员现在能受到启发，继续培育更厚的硼烯层，或者创造具有不同原子几何形状的双层。

他说：“钻石、石墨、石墨烯和碳纳米管都基于具有不同几何形状的一种元素（碳）。硼的可能性似乎与碳一样丰富，甚至更多。我们相信，我们仍处于二维硼传奇的早期阶段。”（编译:Qtech）