一群來自俄羅斯、美國和中國的科學家，在莫斯科物理和技術研究所（MIPT）ArtyomOganov的帶領下，利用計算機模擬預測了新的二維碳材料，“拼湊”模擬的這個石墨烯被稱為phagraphene。他們的研究結果最近發表在雜志《Nano Letters》上。

    “與石墨烯的六角形蜂窩狀結構不同，phagraphene由五邊形，六邊形及七邊形碳環組成。它的名字來自五角六聚石墨烯的集合，”MIPT的電腦設計實驗室負責人Oganov。

    二維材料是由單原子厚層構成，在過去的幾十年已經引起了科學家的極大關注。第一個這類材料，石墨烯，是由兩個MIPT的畢業生，Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年。2010年，Geim和Novoselov因為這個成就而被授予諾貝爾物理學獎。
 

    圖示為phagraphene的結構。圖片來源： ArtyomOganov

    由于其二維結構，石墨烯具有絕對獨一無二的性質。當未結合的電子具有對應于材料導帶的能量時，大多數材料可以傳輸電流。當有可能電子能量范圍間有帶隙的時候，價帶和導電性的范圍（所謂的禁區）的材料會充當絕緣體。當化合價帶和導帶的重疊時，它充當一個導體，并且電子可以在電場的影響下移動。

    在石墨烯中，每個碳原子具有三個電子，并與相鄰原子中電子結合形成化學鍵。每個碳原子的第四電子是“非定域”在整個石墨烯片的，這使得其能夠傳導電流。同時，在石墨烯禁區具有零帶寬。如果繪制電子能量圖譜，并以圖表的形式表示其位置，你會得到一個類似沙漏的圖，即兩個圓錐由頂點相連。這就是狄拉克錐體。

    由于這種獨特的條件，石墨烯中的電子表現得非常奇怪：所有電子都有一個，而且是相同的速度（相當于光速），并且它們無慣性。他們表現得似乎沒有質量。而且，根據相對論，粒子以光速度行進，必須以這種方式才能運行。石墨烯中電子的速度約為每秒一萬千米（在典型的導體電子中的速度各不相同，從每秒幾厘米到每秒幾百米）。

    Phagraphene，是Oganov和同事們通過使用USPEX算法發現的，石墨烯也是通通過相同的方法發現的，石墨烯是Dirac錐體出現的材料，電子的行為類似于沒有質量的粒子。

    “phagraphene由于環上不同數目的原子，狄拉克錐體是'傾斜'的。這就是為什么其內部的電子的速度取決于方向，而在石墨烯中就不是這種情況。這對于未來的實際應用究竟會用在哪里來改變電子的速度，會是非常有趣的一件事，“ArtyomOganov解釋道。

    Phagraphene具有石墨烯和許多其他高級材料所具有的其他屬性，使得其可以被認為適用于柔性電子器件，晶體管，太陽能電池，顯示單元。

責任編輯：李玲珊

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