清华大学物理系助理教授徐勇博士与其合作者于2017年1月16日在《自然·材料》（Nature Materials）上发表题为《非平面的二维X-烯层》（“Buckled two-dimensional Xene sheets”）的“展望”（Perspective）文章。二维X-烯（Xene），包括硅烯（silicene）、锗烯（germanene）、锡烯（stanene）等，是一类新型的二维电子材料。与石墨烯（graphene）相比，它们也是蜂窝状排列的二维晶体，但具有非平面的原子结构和更大的元素质量，因而具有强很多的自旋-轨道耦合，能表现出超越石墨烯的独特物理性质，是研究低维量子物理和新奇拓扑效应的理想材料体系。

                                     

(a) 锡烯及其量子自旋霍尔边界态。（b，c）锡烯及其衍生物的能带（示意图）、轨道及能隙。（d）量子自旋霍尔绝缘体和对称性破缺引入的新物理和新应用。

       该“展望”文章综述了二维X-烯相关的最新的重要理论与实验进展，重点介绍了以锡烯为代表的拓扑量子材料及其在新奇物态和新型器件等方面的探索工作，并对未来研究作展望。徐勇博士在该领域发表了许多重要的研究工作。他理论预言二维锡烯系列材料是宽能隙的量子自旋霍尔绝缘体，可用于室温无耗散导电 [Phys. Rev. Lett. 111, 136804 (2013)]；预言锡烯及其他拓扑绝缘体材料可以利用几何尺寸效应实现优异的热电性能 [Phys. Rev. Lett. 112, 226801 (2014)]；并与实验合作首次生长出单层锡烯结构 [Nature Mater. 14, 1020 (2015)]。该“展望”文章提出“拓扑量子比特”的概念，即利用拓扑相变控制“开”/“关”状态。二维X-烯材料可用于设计拓扑量子晶体管，应用于未来的低功耗电子器件。

       该工作是与意大利国家研究理事会的亚历山大·穆勒（Alessandro Molle）博士、美国俄亥俄州立大学的约书亚·戈德伯格（Joshua Goldberger）教授、比利时鲁汶大学的米歇尔·侯塞（Michel Houssa）教授、美国斯坦福大学的张首晟教授、美国德克萨斯大学奥斯汀分校的德吉·阿金万德（Deji Akinwande）教授合作完成的。该工作得到了清华大学自主研发项目的资助。

       文章全文链接：http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4802.html