科學家首次制造出Stanene。圖片來源：《自然—材料》

兩年前，物理學家曾預測錫應該能夠形成僅有一個原子厚的網格，如今研究人員表示他們終于制出了這種材料。這種薄膜被稱為Stanene，研究人員在8月3日出版的《自然—材料》上報告了這一成果。但是他們尚未能證實這種新材料是否像預期的那樣具有讓理論學家激動的奇異電子特性，例如能夠在導電的同時不產生任何形式的廢熱。

Stanene是石墨烯最新的表親，后者是一種由碳原子構成的蜂窩晶格，曾引發了數以千計的相關二維材料研究。這些研究包括由硅原子構成的硅烯片;由磷構成的phosphorene;由鍺構成的germanene;以及結合不同類型化學元素的薄膜片。

許多薄膜都是電的極佳導體，但Stanene在理論上要更加特殊。在室溫下，電子應該能夠沿著網格的邊緣前進而不會像在大多數材料中那樣碰撞到其他電子和原子。根據美國加利福尼亞州斯坦福大學物理學家張守成在2013年的預測，這將使得薄膜在導電的同時不會以廢熱的形式損失能量。張守成同時也是這項最新研究的作者之一。

印第安納州西拉斐特普渡大學電氣工程師兼物理學家Peide Ye認為，這意味著一層Stanene薄膜是在電路中運送電流的完美公路。“我一直在尋找那些不僅在科學上很有趣而且在裝置中有潛在應用價值的東西。”他說，“這真是一項非常有趣的工作。”

Stanene被預測為一種拓撲絕緣體的實例，即載荷子(例如電子)無法穿越一種材料的中心但卻能自由沿著其邊緣移動，其移動方向取決于它們的自旋—— 一種量子特性——是“向上”還是“向下”。張守成表示，電流不耗散是因為大部分雜質無法影響自旋并且不能使電子變慢。

然而盡管制造出了Stanene，但張守成及其在中國4所大學中的同事卻無法證明它是一種拓撲絕緣體。研究人員通過在真空中蒸發錫并使原子飄蕩在由碲化鉍制成的一個支持面上從而制造出晶格。張守成說，盡管這一表面使得二維Stanene晶體得以形成，但它同時還有晶體相互作用，從而為拓撲絕緣體創造了一個錯誤條件。他已經共同撰寫了另一篇論文，研究哪些表面能更好地工作。

德國維爾茨堡大學物理學家Ralph Claessen表示并不完全清楚研究人員是如何制出Stanene的。他說自己需要看到來自X射線衍射的晶格結構直接測量結果，以便確認研究小組真的制造出了Stanene，而不是錫的其他排列形式。但這需要比張守成及其同事制造的更多的材料。

而法國艾克斯馬賽大學物理學家Guy Le Lay卻對證實Stanene的電子特性表示樂觀。“這就像登月。”他說，“第一步至關重要。”

石墨烯是一種二維碳材料，是單層石墨烯、雙層石墨烯和多層石墨烯的統稱。因其電阻率極低，電子遷移的速度極快，因此被期待可用來發展更薄、導電速度更快的新一代電子元件或晶體管。由于石墨烯實質上是一種透明、良好的導體，也適合用來制造透明觸控屏幕、光板甚至是太陽能電池。