在自然條件下發現+1價鈣離子二維晶體—新聞—科學網

2021-01-08 科學網

 

 二維CaCl晶體的高分辨實空間冷凍電鏡結構表徵圖(i)、選區衍射(ii)和實空間結構圖像的傅立葉變換圖(iii)

基於實驗數據和第一性原理計算得出的穩定二維CaCl晶體結構

 

 

到目前為止，自然條件下鈣離子的唯一已知價態是+2，相對應的所有種類鈣離子晶體都沒有磁性且呈現絕緣性。

 

最近，西安交通大學物理學院張磊、張朋、張勝利教授團隊聯合上海大學、華東理工大學、中國科學院上海應用物理研究所、浙江農林大學、華東師範大學和廈門大學相關團隊，基於冷凍透射電子顯微鏡技術，在還原氧化石墨烯（rGO）膜上直接觀察到了自然環境下生成的二維CaCl晶體，其中鈣離子的價態為+1。他們的相關理論和實驗同時表明，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。其相關成果在線發表於《國家科學評論》。

 

他們的理論研究表明，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。由於其他如Mg2+、Fe2+、Co2+、Cu2+、Cd2+、Cr2+和Pb2+金屬離子與石墨表面也存在強的陽離子-π相互作用，初步研究表明其他金屬陽離子也會形成類似的異常價態晶體。

 

據研究者介紹，此類二維CaCl晶體表現出金屬性，也顯示出明顯的類壓電性質。因此，這種二維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，可有望製備具有原子尺度和納米尺度的電子器件，從而產生廣泛應用。

 

另外，值得強調的是，CaCl晶體表現出室溫鐵磁性，這一發現打破了人們普遍認為的主族金屬元素不會具有室溫鐵磁性的傳統觀念，並可以預期其他金屬元素也可通過形成類似的反常二維晶體而具有室溫鐵磁性。

 

相關專家認為，這些發現不僅在具有異常的陰離子—陽離子比、新穎的陽離子價態和奇異電磁學性質的二維晶體研究上取得了突破性進展，而且在材料、生物、化學和物理等方面都具有開創性的應用潛力。

 

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

 

 

 

 

 

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