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新型量子电子纳米材料(氯化铬吡嗪)：打开通往先进2D材料的大门

文章来源：未知更新时间：2018-09-12 14:26:41

据报道，由丹麦科技大学化学助理教授KasperSteenPedersen领导的国际团队合成了一种具有电学和磁学特性的新型纳米材料，这将应用在未来量子计算机和其他电子领域。

氯化铬吡嗪（化学式CrCl2(吡嗪)2）是一种层状材料，也就是是所谓的2D材料的前体。原则上2D材料仅具有单个分子的厚度，这通常导致其性能与相同成分的3D材料相差很大，尤其是在电学性能方面。在3D材料中，电子的运动可以是任意方向；而在2D材料中，只要电子的波长大于2D层的厚度，它们就会被限制为水平移动。

有机/无机混合物

石墨烯是一种最典型的二维材料。石墨烯由碳原子组成晶格结构，这使其具有显著的强度。自2004年首次合成石墨烯以来，科学家们已经合成了数百种其他2D材料，其中一些可能应用在量子电子领域。但这些材料如同石墨烯一样都是无机的，而氯化铬吡嗪是一种有机/无机混合材料。

“这种材料代表着一种新型的化学反应，我们可以替代其中的某些反应模块从而改变材料的物理和化学性质。而在石墨烯中这是无法做到的。例如，人们不能用其他原子替换石墨烯中的一部分碳原子。这种方法可以更精确地设计2D材料的属性。”Kasper Steen Pedersen解释道。

除了电学性能外，氯化铬吡嗪的磁学性能也可以精确的设计。这与“自旋电子学”密切相关。Kasper Steen Pedersen指出：“普通电子学只涉及到了电子的电荷，而自旋电子学涉及到了更深层次的量子力学性质——自旋。这对于量子计算应用非常有意义。因此，电学和磁学性质对纳米级材料的发展至关重要。”

二维材料的新世界

除了量子计算之外，氯化铬吡嗪可能在未来的超导体、催化剂、电池、燃料电池和电子产品中引起关注。

企业并没有立即生产这些材料，研究人员强调：“现在还不是时候！现在仍处于基础研究阶段。由于我们采用一种不成熟的全新方法，好多问题还有待解决。例如，现在还不能确定材料在不同的应用中的稳定性。然而即使氯化铬吡嗪因为某些原因而不能应用于各种场合，其合成背后的新理念仍然具有启发意义。这扇通往更先进2D材料世界的大门已经打开了。”

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