“1纳米”……世界最薄玻璃制成

Published 10 May.2023 15:42(KST)

延世大学—国际联合研究团队：“为新材料开发奠定基础”

由我国科学家主导的国际联合研究团队成功制备出世界上最薄、厚度不足1纳米（nm）的“一维玻璃”。1nm是1米的10亿分之一，相当于成年人的一根头发直径的10万分之一，大致是把3~4个原子排成一列的极微小尺度。学界评价认为，这项成果为新物质开发奠定了基础。

锗属硫族化合物实验观测原子图像及原子模型示意图。（上）透射电子显微镜观测到的锗属硫族化合物原子图像。（下）随纳米管直径变化的四面体键合方式一维链结构示意图。图源=延世大学提供

延世大学10日表示，物理学系教授 Kim Gwanpyo 与美国加利福尼亚大学伯克利分校教授 Alex Zettl 研究团队等通过国际联合研究，首次合成了通过调控四面体结构键合方式得到的一维锗（Ge）-硫（S）结构体，并向学界作出报告。

二氧化硅（SiO2）具有硅-氧四面体（tetrahedral）相互连接的结构，根据四面体之间键合方式的变化，可以形成多种三维结构体。当键合有序时，会形成石英晶体（crystal）；而当键合高度无序、呈非晶态（amorphous）时，则成为日常生活中广泛使用的玻璃（glass）。也就是说，调控四面体的键合方式并理解由此带来的物性变化，有望推动新物质的开发。

研究团队利用碳纳米管合成模板，合成了能够调控四面体键合方式的锗硫属化合物半导体一维链状结构体。锗硫属化合物同样以与二氧化硅类似的原理在四面体之间形成键合，因此是一种可以形成多种结构体的物质。研究团队还利用美国劳伦斯伯克利国家实验室（LBNL）及延世大学基础科学研究院纳米医学研究团的超高分辨透射电子显微镜，成功解析了这种新物质的结构。通过原子级成像，揭示出厚度不足1纳米的、世界上最薄的一维锗硫属化合物单链结构。

国际联合研究团队还通过第一性原理计算，揭示了根据纳米管直径的不同，锗硫属化合物四面体键合结构的稳定性会发生变化。他们合成了通过调节二硫化锗（GeS2）和二硒化锗（GeSe2）组成比例得到的一维合金链状结构，并确认可以通过改变组成比例来调控带隙。

国际联合研究团队表示：“我们在实验上证明了可以在原子尺度上调控四面体结构的键合方式”，“利用纳米管合成模板，有望进一步探索新的低维纳米材料”。