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由绝缘云母基板上的10纳米厚的硫化铋薄膜(一种称为拓扑绝缘体的特殊材料)制成的微电路阵列可在不损坏其电性能的情况下弯曲照片作者:北京大学海林大学拓扑绝缘子,如硒化铋片是透明,柔韧和高导电性的超薄片材SLAC国家加速器实验室的科学家正在研究硒化铋和其他拓扑绝缘体,用于太阳能电池,传感器和光通信设备的电极等未来应用

在SLAC和斯坦福大学扎根的国际科学家团队已经证明,超薄的异形材料片即使经过1000次深度弯曲并折叠起来就像一张纸一样,仍保持透明和高导电性

结果可以打开这一类异常材料,称为拓扑绝缘体,其第一个实际应用:用于太阳能电池,传感器和光通信设备的柔性透明电极“SLAC和斯坦福大学材料与能源科学研究所(SIMES)研究员带领的Shen-Xun Shen表示,良好的导体既透明又耐用

”来自中国北京大学的Shen,Zhonghong Liu和Hailin Peng,以及英国牛津大学的Yulin Chen上周在Nature Chemistry上发表了他们的成果

直到最近,Peng和Chen都是斯坦福大学和SIMES的研究生和博士后研究人员他们继续在现任大学被任命为教授后,与沉的研究团队合作硒化铋的基本结构单元是由交替的单原子硒(橙色)和铋(紫色)组成的五层三明治

制作较厚的样品时彼此相互作用单元之间的硒 - 硒键较弱,使整个材料弯曲与传统电子电路不同,传统电子电路不断受损图片来自北京大学海林鹏的研究人员制作并测试了一种化合物样品,其中铋和硒片各只有一个原子厚,交替形成五层单元

单元较弱,允许整体材料弯曲同时保持其耐久性并且作为拓扑绝缘体 - 量子物质的新状态 - 材料仅在其表面上导电,同时其内部保持绝缘,这是一种具有未知潜在基础研究的意外特性实际应用由于表面原子主导硒化铋的结构,它是一种特别好的电导体 - 和黄金一样好不过金不同,硒化硒对红外光是透明的,我们称之为热量,而太阳能的一半左右

地球以红外线的形式出现,今天很少有太阳能电池可以收集大多数细胞表面的透明电极太脆弱或不透明或导电性不足新材料可以解决这个问题,让细胞能够收获更多的太阳光谱

研究人员的实验也表明,硒化铋在潮湿的环境中或在制造过程中常见的氧气处理中,“不仅是科学上的成功”,陈水扁说:“这次演示应该警告工程师和公司,拓扑绝缘体也可以在商业上发挥重要作用” ,“红外光脉冲通过光纤网络传输电话和数据,因此硒化硒可能对通信设备有用

这种材料还可以改进科学设备和航空航天系统中常见的红外传感器”彭和同事制作了硒化铋样品并进行了C中的弯曲,电导率和透明度测试hina研究人员证实,这些样品是斯坦福同步辐射光源光束线5-4在SLAC的拓扑绝缘体理论家在2004年首次提出了拓扑绝缘体,实验主义者在极低温度下使用碲化汞制造了第一个例子,两年后 在理论的指导下,Chen,Shen及其同事在2009年证明了更便宜,更丰富,更易于处理的碲化铋和含有锑和硒的类似化合物在室温下是拓扑绝缘体

2009年,Peng,Shen及其同事发现了重要的电气硒化铋纳米带的传导行为资料来源:Mike Ross,SLAC国家加速器实验室图片:北京大学海林鹏

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