与传统的六边形二维材料不同，五边形二维材料倾向于形成褶皱结构，具有低热导率、面内各向异性和超高强度等优点，在热电、柔性器件以及新奇量子现象等基础研究领域展现出巨大潜力。虽然五边形二维材料在理论上已经被预测了很多年，但由于缺乏合适的合成和表征方法，在很大程度上阻碍了对这类独特二维材料的探索。
针对上述挑战，近日，苏州大学功能纳米与软物质研究院李有勇教授、纪玉金副教授与普渡大学陈勇教授课题组合作，成功实现了一种亚稳态五边形二维材料pdte2的理论模拟与实验合成。通过理论计算与实验表征，共同论证了衬底的对称性在外延过程中发挥的关键作用。由于与衬底的晶格匹配，单层五边形pdte2二维材料的生长结构可以得到很好的稳定和控制。通过扫描隧道显微镜(stm)测量、理论模拟结合低电子能量衍射(leed)分析，团队验证了五边形pdte2的原子结构，并通过x射线光电子能谱(xps)进一步验证了pdte2的形成及其单层厚度。团队通过理论计算揭示了声子色散，并通过高分辨率电子能量损失谱(hreels)观察到了相应的晶格振动模式。计算结果表明，单层五边形pdte2是一种间接带隙为1.05 ev的半导体，这与扫描隧道谱(sts)结果一致。同时，团队还利用角分辨光电子能谱(arpes)，测量了单层五边形pdte2的价带。通过以上工作，团队成功实现了对亚稳态五边形pdte2二维材料的直接合成与表征，这将在一定程度上加速五边形二维材料研究领域的发展。相关成果于2024年8月27日在线发表于nature materials期刊(doi: 10.1038/s41563-024-01987-w)。
图. 单层六边形和五边形pdte2的合成
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文章题目：a metastable pentagonal 2d material synthesized by symmetry-driven epitaxy
作者信息：lina liu#（刘丽娜）, yujin ji# (纪玉金), marco bianchi, saban m. hus, zheshen li, richard balog, jill a. miwa, philip hofmann, an-ping li, dmitry y. zemlyanov*, youyong li* (李有勇) & yong p. chen* (陈勇)
责任编辑：向丹婷、杜欣