本报讯   中国科大武晓君教授与中科院物理所、北京凝聚态物理国家研究中心陈岚研究员、吴克辉研究员等合作，在Cu（111）表面可控制备均一尺寸硼团簇、揭示硼团簇的精准结构与有序排列机制以及二维双层硼形成机理方面取得新进展。研究成果以直投形式发表于美国《国家科学院院刊》。

通过理论与实验研究合作，揭示Cu(111)表面单层硼烯的电荷密度调制,并率先利用超高真空分子束外延在Cu(111)表面的单层硼烯上实现了尺寸均一、周期分布的硼团簇可控制备，观察到硼团簇的覆盖度增加时双层硼烯结构形成的STM图像。基于第一性原理计算和STM图像，明确硼团簇是由5个硼原子组成的平面五元环结构，“立式”吸附在单层硼烯表面，揭示了单层硼烯中的电荷分布促进了B5团簇在表面的形成和排列的机制。

研究进一步表明，硼团簇在单层硼烯紧密堆积吸附之后，将表现出“多米诺骨牌效应”般的结构转变，B5团簇从“立式”变成“躺式”，相邻B5团簇之间形成化学键，导致其自发转变为双层硼烯，表明具有独特尺寸和规则排列的硼团簇对于二维硼烯和硼化学研究至关重要，填充了硼团簇结构和表面二维双层硼烯结构之间演变过程的空白,首次阐明了前期合作工作中所发现的双层硼烯结构的形成机理。

该工作是武晓君和陈岚、吴克辉课题组近年来在低维硼烯相关研究的拓展和延续，武晓君课题组2012年基于全局搜索方法理论预测了34种二维单层硼烯的稳定结构；2016年，陈岚与吴克辉首次在Ag(111)表面获得两种稳定的单层硼烯材料，结构与理论预测模型吻合；随后，实验与理论课题组合作，首次在Cu(111)表面制备了双层硼烯材料，并解析了其复杂的双层结构和稳定机制。

这项工作不仅首次实现了非气相条件下硼团簇周期构筑，并对硼团簇的分布、生长、化学性质以及双层硼烯的形成有了更加全面的认识。这一系列研究为未来低维硼结构的合成和探索提供了新思路。

（合肥微尺度物质科学国家研究中心   化学与材料科学学院）