宾夕法尼亚大学的研究人员现在率先生产一种单一的，三原子厚的独特二维材料层，称为钨二碲化物。他们的研究结果发表在二维材料上。

与其他二维材料不同，科学家认为钨二碲化合物具有所谓的拓扑电子态。这意味着它可以具有许多不同的属性，而不仅仅是一个。

当人们想到二维材料时，石墨烯可能是第一个浮现在脑海中的材料。

2004年首次生产的紧密堆积的原子级薄碳板激发了无数的研究途径，可以彻底改变从技术到饮用水的一切。

石墨烯最重要的特性之一是它被称为零带隙半导体，因为它可以表现为金属和半导体。

但是，二维材料可以拥有大量其他属性。有些可以绝缘，有些可以发光，还有一些可以是自旋电子，这意味着它们具有磁性。

“石墨烯只是石墨烯，”宾夕法尼亚大学艺术与科学学院物理学教授AT Charlie Johnson说。“它只是做了石墨烯的作用。如果你想拥有基于二维材料的功能系统，那么你需要具有我们所知的所有不同物理特性的二维材料。”

具有拓扑电子态的二维材料的能力是宾夕法尼亚大学物理学教授克里斯托弗·布朗的杰出教授查尔斯凯恩所倡导的一种现象。

在这项新研究中，Johnson，物理学教授James Kikkawa和研究生Carl Naylor和William Parkin能够生产和测量单层钨二碲化合物的特性。

“因为钨二碲化物是三个原子厚，原子可以以不同的方式排列，”约翰逊说。“这三个原子相对于彼此的配置略有不同。预计一种配置可以提供这些拓扑特性。”

Marija Drndi?，Fay R.和Eugene L. Langberg物理学教授; 布兰查德化学教授，工程与应用科学学院材料科学与工程教授，以及机械工程与应用力学系主任John Henry Towne教授罗伯特卡皮克的Andrew Rappe也为研究。

“这是宾夕法尼亚大学的产品，”约翰逊说。“我们正在与其他多名教师合作，他们以自己的方式调查这些材料，然后我们将它们整合在一起，然后把纸张放在那里。每个人都会来这里。”

研究人员能够使用称为化学气相沉积的工艺生长这种材料。使用热管炉，他们将含有钨的芯片加热到合适的温度，然后引入含有碲的蒸汽。

“通过好运并找到恰当的条件，这些元素将发生化学反应并结合形成单层或三原子厚度的这种材料，”约翰逊说。

虽然这种材料在空气中迅速降解，但该论文的第一作者Naylor找到了保护材料的方法，以便在材料被破坏之前对其进行研究。

研究人员发现的一件事是材料生长在小的矩形微晶中，而不是其他材料生长的三角形。

“这反映了材料的矩形对称性，”约翰逊说。“它们具有不同的结构，因此它们倾向于以不同的形状生长。”

尽管该研究尚处于起步阶段，研究人员尚未能够生产连续胶片，但他们希望进行实验以证明其具有预测的拓扑电子特性。

这些拓扑系统的一个特性是，穿过材料的任何电流都只能承载在边缘上，没有电流通过材料的中心。如果研究人员能够生产具有这种特性的单层厚材料，他们可能能够将电信号路由到不同的位置。

这种材料具有多种性质的能力也可能对量子计算产生影响，量子计算利用原子和亚原子现象的能力来比现有计算机更快地执行计算。这些2-D材料可能允许称为拓扑保护的量子计算的本质上容错的量子计算形式，其需要半导体和超导材料。

“使用这些二维材料，你想要实现尽可能多的物理性质，”约翰逊说。“拓扑电子状态是有趣的，它们是新的，所以很多人都试图用二维材料来实现它们。我们创造了预测会发生这些材料的材料，所以在这个意义上我们已经走向了这是该领域的一个非常大的目标。“