最近，我院曾杰教授课题组在二维层状材料的拓扑绝缘体纳米结构设计、合成与生长机理研究方面取得重要进展。研究人员对晶体的成核及生长进行了动力学调控，通过引入螺旋位错首次实现了二维层状材料的螺旋生长，将材料由分立的层状转变成连续性的螺旋条带，从而获得了一种既不同于单层又有别于传统块体的新型纳米材料。该成果以“Screw-Dislocation-Driven Bidirectional Spiral Growth of Bi2Se3 Nanoplates”为题发表在《德国应用化学》杂志上（Angew. Chem. Int. Ed. 2014, DOI：10.1002/anie.201403530），论文的第一作者是物理系硕士研究生庄阿伟。

　　拓扑绝缘体是一种近几年被发现的新型量子物质态，在能量无耗传输、自旋电子学以及量子计算机等方面有着很大的应用前景。除了奇异的不受缺陷和非磁性杂质散射的拓扑表面态外，在拓扑绝缘体中引入一个螺旋位错的线缺陷，还可能会产生一对拓扑保护的一维螺旋态，从而创造一条完美的导电通道。类石墨烯层状结构的硒化铋因其简单的能带结构、远大于室温的能量涨落体带隙，被认为是最有前景的拓扑绝缘体材料之一。曾杰教授课题组基于特色的可控制备手段，从晶体生长的动力学理论出发，通过将反应体系维持在极低的过饱和条件下，使硒化铋在成核过程中产生螺旋位错的缺陷，从而诱导层状材料进行双向的螺旋生长，打破硒化铋本征的晶体生长模式。此外，研究人员还通过对螺旋生长速度的控制，合成出不同发展程度的螺旋结构，从中阐明了二维层状材料的螺旋生长机理。这项研究为实现一维拓扑螺旋态提供了材料基础，有助于促进硒化铋在拓扑绝缘体、热电以及催化等方面的新发展。此外，探索螺旋生长的方式对于合成其他二维层状材料的螺旋结构，从而调制材料的物理性能也有重要的指导意义。

　　这项研究得到了科技部青年973计划、国家自然科学基金、国家人才计划、中科院人才计划、中国科学技术大学创新团队培育基金等项目的资助。

　　论文链接：http://dx.doi.org/10.1002/anie.201403530

　　曾杰教授课题组网页：http://zengnano.ustc.edu.cn/