《中国科学报》发现新晶体突破二价金属认知

迄今为止，自然条件下钙离子的唯一已知价态是+2。近日，华东理工大学理学院教授方海平课题组基于理论分析，结合冷冻透射电子显微镜及同步辐射等技术，在还原氧化石墨烯膜上直接观察到了自然环境下生成的二维CaCl晶体。其中，钙离子价态为+1。实验证明，这些二维CaCl晶体具有室温铁磁性、金属性、类压电性，可形成石墨烯-CaCl异质结，且具备显著的储氢和释氢能力。相关成果近日在线发表于《国家科学评论》。

理论研究表明，这种异常晶体的形成是由于石墨烯表面的芳香环与钙离子之间的强阳离子-π相互作用所致。此类二维CaCl晶体超出预期的类压电行为来源于Ca离子的单价行为，以及两种元素（Ca和Cl）在压缩或拉伸应变下具有不同的电效应。因此，二维CaCl晶体是一种既具有金属特性又具有压电特性的新型物质材料，有望制备具有原子尺度和纳米尺度的电子器件，从而实现广泛应用。

CaCl晶体表现出室温铁磁性，这一发现打破了人们普遍认同的主族金属元素不会具有室温铁磁性的传统观念。理论计算表明，室温铁磁性来源于+1价Ca离子中的不成对价电子，以及相应反常二维晶体结构的边缘或者缺陷效应。研究人员表示，该类二维晶体的奇异性质和行为将拓展功能化石墨烯的应用。（黄辛 潘聪聪）

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa274