一群来自俄罗斯、美国和中国的科学家，在莫斯科物理和技术研究所（MIPT）ArtyomOganov的带领下，利用计算机模拟预测了新的二维碳材料，“拼凑”模拟的这个石墨烯被称为phagraphene。他们的研究结果最近发表在杂志《Nano Letters》上。

    “与石墨烯的六角形蜂窝状结构不同，phagraphene由五边形，六边形及七边形碳环组成。它的名字来自五角六聚石墨烯的集合，”MIPT的电脑设计实验室负责人Oganov。

    二维材料是由单原子厚层构成，在过去的几十年已经引起了科学家的极大关注。第一个这类材料，石墨烯，是由两个MIPT的毕业生，Andre Geim和Konstantin Novoselov于2004年。2010年，Geim和Novoselov因为这个成就而被授予诺贝尔物理学奖。
 

    图示为phagraphene的结构。图片来源： ArtyomOganov

    由于其二维结构，石墨烯具有绝对独一无二的性质。当未结合的电子具有对应于材料导带的能量时，大多数材料可以传输电流。当有可能电子能量范围间有带隙的时候，价带和导电性的范围（所谓的禁区）的材料会充当绝缘体。当化合价带和导带的重叠时，它充当一个导体，并且电子可以在电场的影响下移动。

    在石墨烯中，每个碳原子具有三个电子，并与相邻原子中电子结合形成化学键。每个碳原子的第四电子是“非定域”在整个石墨烯片的，这使得其能够传导电流。同时，在石墨烯禁区具有零带宽。如果绘制电子能量图谱，并以图表的形式表示其位置，你会得到一个类似沙漏的图，即两个圆锥由顶点相连。这就是狄拉克锥体。

    由于这种独特的条件，石墨烯中的电子表现得非常奇怪：所有电子都有一个，而且是相同的速度（相当于光速），并且它们无惯性。他们表现得似乎没有质量。而且，根据相对论，粒子以光速度行进，必须以这种方式才能运行。石墨烯中电子的速度约为每秒一万千米（在典型的导体电子中的速度各不相同，从每秒几厘米到每秒几百米）。

    Phagraphene，是Oganov和同事们通过使用USPEX算法发现的，石墨烯也是通通过相同的方法发现的，石墨烯是Dirac锥体出现的材料，电子的行为类似于没有质量的粒子。

    “phagraphene由于环上不同数目的原子，狄拉克锥体是'倾斜'的。这就是为什么其内部的电子的速度取决于方向，而在石墨烯中就不是这种情况。这对于未来的实际应用究竟会用在哪里来改变电子的速度，会是非常有趣的一件事，“ArtyomOganov解释道。

    Phagraphene具有石墨烯和许多其他高级材料所具有的其他属性，使得其可以被认为适用于柔性电子器件，晶体管，太阳能电池，显示单元。

责任编辑：李玲珊

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