单元素二维层状材料（硅烯、锗烯、锡烯、磷烯、碲烯、铋烯和硼烯）

我们对石墨烯、单层和多层过渡金属硫化物等二维材料以及其他原子尺度厚度的层状材料的研究进展非常迅速。二维材料因其奇特的性质和在电子、传感、能量存储和采集等方面的潜在应用而被研究者们所广泛研究。

顾名思义，“单元素二维材料”是由单一化学元素组成的二位层状材料。自石墨烯被发现并广泛研究以来，“单元素二维材料”家族的成员不断发展壮大，包括了一些新奇的材料，如硅（Si）、锗（Ge）、锡（Sn）、磷（P）、碲（Se）、铋（Bi）和硼（B）等元素的二维材料形态，也就是所谓的硅烯、锗烯、锡烯、磷烯、碲烯、铋烯和硼烯。这些材料大多具有半导体带隙和高迁移率，使它们在电子学和光电子学中的应用非常有趣。和其他二维材料一样，它们的性质可以很容易地通过化学和静电掺杂或引入应力等方法来调整。

硼烯线缺陷的混合和周期性自组装

二维（2D）硼（即，borophene）合成以下理论预测1，2，3，4，5。它的金属性质和高的面内各向异性将石墨烯6和单层黑磷7的许多理想属性结合在一起。作为合成的2D材料，其结构性质无法从块状硼中推论得出，这表明未发现硼烯的固有缺陷。

在这里，我们使用超高真空（UHV）扫描隧道显微镜/光谱学（STM / STS）和密度泛函理论（DFT）在原子尺度上研究了硼烯线缺陷。在适当的生长条件下，硼烷相对应于v 1/6和v 1/5发现模型可以与其他相的组成单元相匹配的结构相互混合并容纳线缺陷。这些线缺陷在能量上有利于空间周期性自组装，从而产生新的硼芬相，这模糊了硼芬晶体和缺陷之间的区别。由于其高的平面各向异性以及在能量和结构上相似的多晶型物，这种现象是硼芬所的。低温测量进一步揭示了与电荷密度波（CDW）一致的细微电子特征，这些特征由线路缺陷调制。这种原子级的理解可能会为正在进行的基于borophene的应用程序的设计和实现做出努力。

原子稀薄限制内的直接合成途径使2D材料不会在块体8中分层。例如，硼的原子级薄的阶段，统称为borophene 1，2，已被实验实现。理论计算预测，在另外的三角晶格具有相似的形成能，但中空六边形（HHS）的不同布置的多个可能borophene多晶型3，4，5。

图a显示了硼在UHV中的Ag（111）上沉积后的亚单层氮烯的STM图像。明亮的点对应于通常存在作为少数物种borophene生长后的小颗粒硼1，2，13。由于STM成像的地形和电子结构的卷积，所述borophene岛屿显示为这些成像条件下的凹陷，与先前的报道一致1，2，13。对于沉积在表面21和氮化金属表面22上的金属的亚单层覆盖，还观察到原子薄岛结构。但是，这些岛要么是与基底的合金，要么是与基底共价键合的，这与硼烯和银基底之间较弱的非共价相互作用不同。在STS（d I / d V）图（图b）中，同一区域的borophene岛被更清楚地区分为亮域。在440至470°C的底物生长温度下，始终观察到两个不同的硼烯相，分别对应于HH浓度为v =  1/6和1/5的v 1/6和v 1/5结构（v = n / N，其中   Ñ是户对一否则三角晶格的数目Ñ晶格位点）1，2，13。补充图1给出了硼烷在更宽的温度范围内生长的温度相关性，该图显示了随着生长温度从350°增加到500°，硼烷从v 1/6到v 1/5的逐渐过渡。C。DFT计算显示这两个相具有相似的化学势，因此具有相似的热稳定性（v 1/ 6，-6.359 eV原子–1；v 1/ 5，-6.357 eV原子–1（补充图2）），与先前的研究一致3，4。

a，b，生长在Ag（111）上的硼苯的态密度（DOS）的大规模STM形貌（a）和STS图（b）。c，d，v 1/6（c）和v 1/5（d）硼芬片的原子分辨率STM图像，行间距分别为0.54±0.03 nm和0.45±0.02 nm。e，在v 1/6和v 1/5硼芬片的不同位置拍摄的六个STS光谱显示出金属行为。f，g，B 1的原位XPS光谱s（f）和O 1 s（g）的核心水平表明原始的硼烷生长。

b，STM偏置电压（V s）在a和b中为–1 V，在c中为–0.35 V，在d中为–1.2V 。au，任意单位。

图中提供的两个相的原子尺度的STM图像。1个分别C，d，。尽管重复的矩形结构单元在v 1/6页的相邻行中对齐（用红色矩形表示；行间距为0.54±0.03 nm），但这些单元交错排列，类似于v 1中的砖墙图案/ 5张（用蓝色矩形表示；行间间距为0.45±0.02 nm），与以前的工作一致2。

这两张金属片都是金属的，如在300 K时每个相上的d I / d V曲线所证明的（图1e）。在图1f中，B 1 s的原位X射线光电子能谱核心水平适合两个亚峰（红色，187.6 eV；蓝色，188.9 eV），对应于扣除背景（绿色曲线）后不同的B–B键。在大约192 eV处没有氧化的硼峰，加上的O 1 s核心水平信号（图1g）证实了硼苯的原始性质。

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