石墨烯是已知的最薄的納米材料，在超導、能源等領域有非常多的應用。石墨烯之后，科學家希望找到更多的性能優異的二維材料，因為元素硼離碳較近，而且電子結構比較合適，大家把目光聚集在了硼上，希望能夠合成硼烯，然而這種材料在自然界中并不存在，合成難度也非常大。

科學家對硼烯的理論結構預測已逾10年之久，但從未成功合成。即便有個別的薄膜等樣品，其結構也是異常復雜。因此，硼烯的制備成為國際凝聚態物理及材料物理界公認的世界難題。2015年12月，美國阿貢國家實驗室、中國南開大學、美國紐約州立大學石溪分校和美國西北大學等研究單位合作，利用高真空原子濺射的方法，首次在銀的表面成功生長出褶皺的單原子層硼烯。聯合團隊獲得的實驗結果與理論模型幾乎完全符合¹。由于合成的二維材料多是在基底上生長，在基底上才能穩定存在，所以多層和體相的硼烯仍然沒有在實驗上合成。

美國西北大學的Mark C. Hersam?和萊斯大學Boris I. Yakobson課題組合作，在Nature Materials上發表重磅成果，首次創造出一種雙層原子厚度的硼烯，打破了硼在單原子層限制之外形成非平面團簇的自然趨勢。

在超高真空制備室(2×10^?10 Torr)中，使用純硼棒的電子束蒸發在單晶Ag(111)基片上進行了單層和雙層硼烯的生長。在1.5×10^?5 Torr下以1 keV能量重復Ar離子濺射30 min，然后在650°C下退火30min，制備了Ag(111)晶體。在這樣的高溫退火保證了平坦的Ag(111)階梯的形成，具有典型的寬度（超過1微米）。因此，硼烯的大部分成核位置都在階梯上，而不是沿著臺階邊緣。這一情景有利于單層硼烯晶界的形成，雙層α硼烯在晶界中形成核并生長。當硼烯覆蓋層接近單分子層時，由于Ehrlich-Schwoebel勢壘導致的三維硼粒子在Ag臺階邊緣的成核也被大片Ag(111)階梯最小化。

在450°C以下的較低溫度下，只生長混合相(v_1/5和v_1/6硼烯)和純v_1/6硼烯，有利于雙層α硼烯的生長。而在較高溫度下，未觀察到純v_1/5或旋轉不相稱的硼烯相生成雙層α硼烯。通過鍵分辨掃描隧道顯微鏡、非接觸式原子力顯微鏡和密度泛函理論計算得知，雙層硼烯與兩個共價鍵合的α相硼烯原子層相一致。雙層α硼烯保持了單層硼烯的金屬豐度，但有較高的結晶度和局域功函數（>5 eV）。

鑒于對定制合成2D硼的物理特性（例如局部功函數）的濃厚興趣，以及之前在單層硼烯和塊狀二十面體硼之間的中間區域中沒有硼多晶型物，這項工作將為未來理解和開發多層硼烯提供有用信息。

參考來源：

1. 百度百科：

https://baike.baidu.com/item/%E7%A1%BC%E7%83%AF/19222550

2. 原文鏈接：

Liu, X., Li, Q., Ruan, Q. et al. Borophene synthesis beyond the single-atomic-layer limit. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01084-2