中国科学家创制碳家族单晶新材料有望应用于超导量子计算等( 二 ) 本文转自：中国新闻网郑健研

针对这一科学难题，研究团队近年来潜心研究，最终历时5年，利用掺杂聚合-剥离两步法，成功制备出一种新型碳同素异形体单晶材料——单层二维聚合碳60 ，并获得确凿的价键结构。这项研究工作的突出特点，就是通过调节镁(Mg)和碳60的比例，在常压下通过简单的反应条件，获得Mg插层的聚合碳60单晶，并基于此创制出单层碳60聚合物这一全新的碳家族单晶材料。
研究团队进一步利用单晶X射线衍射(XRD)和扫描透射电子显微镜(STEM)对该单层碳60聚合物进行结构表征，结果显示，碳60之间在平面内连接形成了一种全新的二维拓扑超结构。
侯凌翔说，这是一种全新的簇聚二维超结构，由碳60簇笼在平面上通过C-C键相互共价键合形成规则的拓扑结构。这种新型碳材料具有较高的结晶度和良好的热力学稳定性，并具有适度的禁带宽度。

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a：准六方聚合碳60的单晶结构示意图。b：单层聚合碳60的STEM图片。研究团队供图
最新研究成果有什么应用价值？
郑健表示，研究团队成功创制的单层聚合碳60的带隙约为1.6eV(电子伏特) ，是典型的半导体，预示着其在光/电半导体器件中具有广阔的潜在应用。此外，单层聚合碳60具有良好的热力学稳定性，在约600K(326.85℃)温度下仍旧稳定存在。
由于不对称成键结构，单层聚合碳60中每个碳60单元被拉伸成方向一致的椭球形，从而使得这种新的碳材料具有显著的平面各向异性，如各向异性声子模式和电导率，这表明，该碳家族单晶新材料在非线性光学和功能化电子器件方面具有重要的应用前景。
郑健指出，由于单层聚合碳60独特的共轭碳结构和巨大的晶格，该二维簇聚碳材料在超导、量子计算、自旋输运、信息及能量存储、催化等领域，也具有潜在应用前景。

中国科学家创制碳家族单晶新材料 有望应用于超导量子计算等( 二 )

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