在科学的道路上经常会发生一些意料之外的事情，Amey Apte在莱斯大学实验材料时并不是在寻找二维碲，但它的的确确出现了。
他说：“就像我想找一便士，但是却找到一块钱。”
Apte和他的同事通过在高温下熔化元素的粉末，并将原子吹到表面上，这样就将稀有金属碲制成了厚度不到纳米的薄膜。他说，我们最终得到的材料就是碲烯，这也为下一代近红外太阳能电池和其他光电子应用带来了新的方向。在《二维材料》“2D Materials”（“超薄碲中的多型性”）中他们描述了这项发现。
在莱斯大学，形成三层碲烯的碲原子晶格中的波纹显示出几种具有不同电子和光学性质的多晶型，这基于不同原子排列的层叠方式（图像来源：AjayaAn研究小组）
“一开始，我在试图生长过渡金属硫化物和钨碲化物，但由于钨具有高熔点，这个过程因此非常困难，”Apte说，他是材料科学家Pulickel Ajayan的毕业生，也是文章的共同第一作者。“但我观察到一些其他的薄膜，这引起了我的兴趣。”
其他的薄膜原来是纯碲的超薄晶体。进一步的实验导致研究人员以两种形式创造出这种新材料：一种是覆盖一厘米平方表面的大而稳定的薄膜，一种是覆盖不到一纳米厚度的三原子层薄膜。
Ajayan说：“过渡金属二卤化物是当今的热门产品，但它们都是复合2D材料。”“我们的这种材料是单一元素，并且显示出与化合物一样丰富的结构和多样性，所以从理论和实验的角度来看，2D碲是有趣的。单元素硫原子层的原子薄将是有前景的，但目前还没有得到太多的研究。”
在莱斯大学制备材料的显微模拟图像上覆盖了三层碲烯，显示了在一片材料中波纹如何迫使原子形成三种不同构型的精确性。虽然相互关联，但这些多型具有不同的电子和光学性质。（图像来源：AjayaAn研究小组）
莱斯大学斯强大的电子显微镜拍摄的图像显示，原子层已经按照理论预测那样精确地排列，就像石墨烯一样的六角形薄片。在650摄氏度（1202华氏度）的熔化炉中熔化碲粉末制成碲烯，也似乎以微妙地改变了每一层原子之间的关系，感觉出现轻微地弯曲。
Apte说：“正因为如此，我们看到了不同的多晶型，这意味着材料的晶体结构保持不变，但原子排列方式可能因层叠方式不同而不同。”在这种情况下，我们在显微镜下看到的三种多晶型与理论上预测的结构相匹配，并具有完全不同的晶格排列，使每一相具有不同的性质。
“平面内的各向异性也意味着光吸收、透射或电导的特性在两个主要方向上将会有所不同，”莱斯研究生和合作作者Elizabeth Bianco说。例如，碲化物可以显示比二硫化钼高三个数量级的导电性，在光电子学上很有用。
室温下，我们在真空下通过脉冲激光沉积也制备了较厚的碲薄膜，这种脉冲激光沉积使原子从本体中爆 炸，并使得它们在氧化镁表面上形成稳定的薄膜。
碲具有拓扑性质，对于自旋电子学和磁电子学具有潜在的益处。“碲原子比碳重得多，”Apte说。“他们将表现出的现象称为自旋轨道耦合，较轻的元素这种效应是非常弱的，这就带来更多的外来的物理拓扑相以及量子效应。”
美国俄亥俄州代顿市赖特-帕特森空军基地空军研究实验室的材料科学家Ajit Roy说：“碲与其他2D材料的不同之处在于它独特的晶体结构和高熔点。”“这使我们能够扩大光电子、热电器件和其他薄膜器件的性能范围。”
共同作者Priya Vashishta，洛杉矶南加州大学材料学教授，我们的研究表明实验和理论可以相互补充，这是材料创新的基石，这项研究由能源科学系能源基础科学部资助。
