德國、波蘭及韓國科學家組成的跨國研究團隊利用獨立石墨烯(graphene)上的小孔洞，製造出原子級厚度的鐵膜。根據該團隊的計算，這種新材料還有一些潛在的有用特性，例如大磁矩。不過這種二維的鐵晶格一旦寬度超過12個原子，在熱力學便可能上不穩定，這個缺點得先解決，才有可能發展出如磁儲存之類的實際應用。 金屬原子間的鍵結是靠可以自由移動的導電電子，因此金屬通常形成三維晶格結構，未聞有二維層狀的金屬存在，即便是透過磊晶生成的金屬原子層，由於與底下的基板有鍵結，也不是真正的二維結構。相形之下，平面碳結構是由具方向性的共價鍵所連結，因此可以形成獨立且厚僅原子級的石墨烯。 最近，德國Leibniz Institute for Solid State and Materials Research的Mark Rümmeli等人，聯合波蘭及韓國的合作者，研 究了在石墨烯孔洞邊緣的金屬原子行為。他們先以化學氣相沉積法生長石墨烯，接著以鐵氯酸蝕掉基板，分離出石墨烯。研究人員再以電子束照射石墨烯，一方面在石墨烯表面製造孔洞，一方面促使殘留在石墨烯表面的鐵離子移動。由於石墨烯邊緣的碳原子有活性很大的懸鍵(dangling bond)，鐵離子一旦移動至石墨烯邊緣便會被束縛住，此情形一再重覆直到整個洞都被鐵離子形成的二維正方晶格所填滿。 該團隊的理論計算顯示此鐵晶格寬度一旦超過12個原子(約3 nm)就會不穩定，而實驗上觀察到最大的鐵原子層只有10個原子寬，一旦超過此寬度鐵原子形成三維晶格的傾向就會贏過碳原子的鍵結。其他計算顯示此二維鐵晶格的電子能帶結構會使其擁有大於鐵塊材的磁矩，研究人員推測應該可以用於磁性記憶體。Rümmeli強調該材料還需要更多的基礎研究，才能討論其實際應用。詳見Science 343, p.1228 (2014)。 |