《中國科學報》發現新晶體突破二價金屬認知

2021-01-15 華東理工大學

迄今為止,自然條件下鈣離子的唯一已知價態是+2。近日,華東理工大學理學院教授方海平課題組基於理論分析,結合冷凍透射電子顯微鏡及同步輻射等技術,在還原氧化石墨烯膜上直接觀察到了自然環境下生成的二維CaCl晶體。其中,鈣離子價態為+1。實驗證明,這些二維CaCl晶體具有室溫鐵磁性、金屬性、類壓電性,可形成石墨烯-CaCl異質結,且具備顯著的儲氫和釋氫能力。相關成果近日在線發表於《國家科學評論》。

理論研究表明,這種異常晶體的形成是由於石墨烯表面的芳香環與鈣離子之間的強陽離子-π相互作用所致。此類二維CaCl晶體超出預期的類壓電行為來源於Ca離子的單價行為,以及兩種元素(Ca和Cl)在壓縮或拉伸應變下具有不同的電效應。因此,二維CaCl晶體是一種既具有金屬特性又具有壓電特性的新型物質材料,有望製備具有原子尺度和納米尺度的電子器件,從而實現廣泛應用。

CaCl晶體表現出室溫鐵磁性,這一發現打破了人們普遍認同的主族金屬元素不會具有室溫鐵磁性的傳統觀念。理論計算表明,室溫鐵磁性來源於+1價Ca離子中的不成對價電子,以及相應反常二維晶體結構的邊緣或者缺陷效應。研究人員表示,該類二維晶體的奇異性質和行為將拓展功能化石墨烯的應用。(黃辛 潘聰聰)

相關論文信息:https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa274

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