模板诱导外延生长单层碘烯(iodinene)的突破及其拓扑电子学应用

来自前沿材料领域的研究人员通过开发温和溶液相外延法，成功在二维模板(MoS2/石墨烯)上生长出具有类硅烯(silicene-like)褶皱结构的单层碘烯(iodinene)。该研究攻克了VII族Xenes材料因低升华温度、高电负性和化学不稳定性导致的合成难题，揭示了基底诱导超晶格限域和电荷转移对亚稳态材料的稳定机制。通过理论计算预测的金属性碘烯反常电子特性与平带结构，为拓扑非平庸态研究和量子平台多样化提供了新范式。

　　

在二维材料家族中，具有本征褶皱结构的单元素Xenes材料正成为纳米科技的理想平台。其中VII族元素碘构成的碘烯(iodinene)虽被理论预测为拓扑材料候选者，却因超低升华温度(₁₀₀°C)和强电负性(χ=2.66)长期难以稳定制备。最新研究通过创新性模板介导策略，在二硫化钼(MoS₂)和石墨烯表面实现单层碘烯的溶液相外延生长。

有趣的是，这种褶皱蜂窝结构通过基底诱导的应变和电子掺杂获得稳定，同步辐射表征显示其形成与模板晶格匹配的共度超晶格(commensurate superlattice)。密度泛函理论(DFT)计算揭示该金属性材料存在奇特的平带电子结构(flat-band)，边缘态分析表明其可能携带拓扑保护边界态。这项突破不仅将Xenes家族拓展至卤素元素，更建立了"软模板稳定硬材料"的新范式——通过弱界面相互作用(van der Waals interaction)和电荷转移(charge transfer)实现亚稳态二维材料的可控合成。

研究团队特别指出，碘烯的层间耦合能(_0.3eV)显著低于石墨烯(0.7eV)，这种独特的电子离域特性使其成为研究关联电子态的理想平台。冷冻透射电镜(cryo-TEM)直接观测到碘烯的锯齿形边缘(zigzag edges)，结合角分辨光电子能谱(ARPES)验证了理论预测的狄拉克锥(Dirac cone)能带结构。该成果为探索二维极限下的拓扑超导、量子自旋霍尔效应等新奇物态开辟了新途径。