談到當前最前沿的研究領域，二維材料可謂當仁不讓！今日，Nature雜志連續報道了3篇二維相關的研究論文，一篇是關于分子織物自組裝，一篇是關于拓撲超導，另一篇是關于量子反常霍爾效應。
現整理如下，供大家學習交流：
1. Nature：二維分子織物自組裝
在日常生活中，織物再常見不過了。近年來，在納米尺度編織各向同性的晶態COF，以及超分子二維編織和單層表面支撐的交織二維聚合物，賦予了常規紡織品特有的柔韌性，薄度，各向異性強度和孔隙率。
長期以來，科學家曾多次嘗試直接通過自下而上的策略，將分子構筑單元自組裝成二維編織的線性有機聚合物鏈，金屬模板法是進行分子級結構組裝的強大工具，可實現鏈節和其他糾纏結構所必需的有序纏結。原則上，這種方法有可能將預編織的金屬配位分子網格二維化，以形成可編織的分子材料。
但是，目前為止，尚未成功！
有鑒于此，曼徹斯特大學David A. Leigh等人報道了一種金屬離子模板法，可以實現二維分子織物的精準自組裝。
基于陰離子和金屬離子模板，研究人員發展了一種金屬配位的3×3分子交織網格作為合成分子結的中間體。每條配體鏈（1）包含八面體Fe（II）離子的三個三齒位點，由噻唑并[5,4-d]噻唑基團隔開。
研究人員將編織的分子“碎片”細分為一種由脂族和芳香族聚合物鏈交替編織的層狀材料。緩慢沉淀的預編織網格之間進行連接后，除去離子模板，最終形成堆疊和簇狀薄片結構的有機分子材料。每個薄層的長度和寬度可達數百微米，但厚度僅有約4nm，經線和緯線的單鏈聚合物線之間通過周期性的機械纏結保持鏈接。
這種層狀二維分子織物材料具有遠程有序結構，并呈現出雙折射性，剛度是線性聚合物的兩倍，像宏觀紡織品一樣沿著明確的線條分層和撕裂。當摻入聚合物支撐的膜中時，這種層狀二維分子織物材料可以充當網狀結構，允許小離子通過，抑制大離子的通過。
總之，這項研究實現了一維線狀結構“自上而下”的編織自組裝。預編織分子構筑單元的鑲嵌或網狀結構，為聚合物鏈二維（甚至可能是三維）編織領域提供了新的思路，為聚合物結構和拓撲學領域相結合帶來了新的借鑒。
參考文獻：
DavidP. August et al. Self-assembly of a layered two-dimensional molecularly wovenfabric. Nature 2020, 588, 429–435.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-3019-9
2. Nature：在范德華異質結中發現拓撲超導
在單一材料中，拓撲絕緣體，超導體和量子自旋液體之類的奇異狀態往往很難同時存在。拓撲超導是否是拓撲量子計算的關鍵成分，是否存在于任何天然存在的材料中，都尚未可知。因此，在異質結構中構建不同的材料組合，可以在不同材料的相互作用中產生奇異狀態之間多種奇異狀態。
有鑒于此，阿爾托大學Shawulienu Kezilebieke等人報道了一種基于二維鐵磁體和超導體的范德華異質結構，并成功觀測到二維拓撲超導性。
研究人員使用分子束外延技術，在二硒化鈮超導體上生長具有鐵磁性的三溴化鉻二維島狀結構，然后，使用低溫掃描隧道顯微鏡等表征揭示了一維馬約拉納邊緣模式的特征。所制成的2D 范德華異質結具有高質量和可調諧的系統，可以輕松地集成到使用拓撲超導性的器件結構中。
這種異質結構可以通過各種外部刺激實現簡單操作，從而為通過電、力，化學物質或光學手段等外部控制2D拓撲超導帶來了更多可能。
參考文獻：
ShawulienuKezilebieke et al. Topological superconductivity in a van der Waalsheterostructure. Nature 2020, 588, 424–428.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2989-y
3. Nature：調控量子反常霍爾絕緣體的Chern數
量子反常霍爾狀態是一種二維拓撲絕緣狀態。零磁場下，其霍爾電阻被量子化，縱向電阻消失。量子反常霍爾效應已在磁性拓撲絕緣體和魔角扭曲雙層石墨烯中實現。但是，到目前為止，僅在C = 1時才實現了零磁場下的QAH效應。
有鑒于此，賓夕法尼亞州立大學Cui-Zu Chang和Chao-Xing Liu等人基于磁性和無摻雜拓撲絕緣體交替組成的多層結構，實現了量子反常霍爾絕緣體的Chern數高度可調，高達C = 5。
通過分子束外延技術，研究人員成功構建了磁性和無摻雜拓撲絕緣體交替組成的多層結構。這些QAH絕緣體的Chern數由多層結構中未摻雜的拓撲絕緣子層數決定。研究表明，通過改變磁性拓撲絕緣體層中的磁性摻雜濃度，或內部磁性拓撲絕緣體層的厚度，可以有效調節給定多層結構的Chern數。為了解釋這種現象，研究人員建立了一個理論模型，并建立了具有可調控的高Chern數的QAH絕緣子的相圖。
總之，這項研究為量子反常霍爾絕緣體的研究提供了新的借鑒，有力推動了其在節能電子器件、多通道量子計算和更高容量的手性電路等領域的發展。
參考文獻：
Yi-FanZhao et al. Tuning the Chern number in quantum anomalous Hall insulators.Nature 2020, 588, 419-423.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-3020-3
