近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授王兵和副教授赵爱迪研究团队与清华大学助理教授徐勇、教授段文晖以及美国斯坦福大学教授张首晟合作，成功制备出具有纯平蜂窝结构的单层锡烯，并结合第一性原理计算证实了其存在拓扑能带反转及拓扑边界态。相关研究成果11月5日在线发表在《自然-材料》杂志上。
类石墨烯结构的IV族元素二维晶体材料及其物性研究，是当前凝聚态物理学和材料科学领域的重要焦点。其中，基于元素锡的二维类石墨烯晶体锡烯因其具有很强的电子自旋-轨道耦合，被认为是继石墨烯后又一种具有优越物理性质的新型量子材料。
2013年前后理论物理学家们预言，锡烯中由于pxy轨道具有远强于pz轨道的自旋轨道耦合效应，因此s-p轨道的能带反转可以在布里渊区中心打开数百毫电子伏的巨大能隙；更巧妙的是，由于pxy轨道是平面内的，所以其拓扑性更为鲁棒，不易受到衬底和吸附物的影响和破坏。因此，锡烯是一种理想的大能隙二维拓扑绝缘体，有望实现室温量子自旋霍尔效应，在拓扑电子学器件应用方面具有重要意义。
经过近三年反复摸索，研究团队利用低温分子束外延技术成功制备出了具有拉伸晶格结构的单层锡烯。该研究工作首次发现单层锡烯可以表现出与石墨烯完全一致的平面蜂窝状结构，其单胞中AB位原子无高度差，形成理想的纯平六角蜂窝晶格，为碳基石墨烯家族添加了锡基成员。实验中观测到纯平锡烯的化学惰性以及缺陷结构，也证实了其与碳基石墨烯具有诸多相似性，有望为平面蜂窝结构的材料提供新的研究平台。
具有拓扑能带反转和大拓扑能隙的纯平锡烯的实验实现，为类石墨烯的拓扑物性研究开辟了一条新的研究路线，将对二维量子材料的研究和应用开发起到重要推动作用。后续拟开展的研究工作将通过优化衬底和增加栅极以隔绝衬底电子相互作用并实现拓扑能隙的调控，为最终制备可实用的室温拓扑器件提供研究基础。