近日，中国科学家团队在二维材料研究领域取得重大突破，首次通过实验方法在银(100)表面上成功合成并表征了一种类氮烯的二维氮晶体结构。这项研究发表在《自然·通讯》（2025）期刊上，揭示了在二维极限下氮元素可以形成稳定晶体结构的可能性，为超宽禁带材料在紫外光电子学和高k介电材料领域的应用开辟了新途径。

研究团队采用离子束辅助外延(IBAE)技术，通过优化氮离子的动能(约30 eV)和基底温度(400±10 K)，成功在Ag(100)表面实现了高质量的二维氮晶体生长。扫描隧道显微镜(STM)和低能电子衍射(LEED)结果显示，该结构形成相对于银基底的(√2×√2)R45°超结构，晶格常数为4.2 Å。角分辨光电子能谱(ARPES)和扫描隧道谱(STS)测量表明，这种类氮烯结构展现出约7.5 eV的超宽电子带隙，远大于大多数已知的二维材料。

通过第一性原理计算，研究团队确定了这种二维氮晶体具有褶皱蜂窝状晶格结构，类似于黑磷的结构。这种结构在银表面通过一个化学计量比为AgN的缓冲层与基底相互作用，从而获得稳定性。尽管在自由状态下氮烯的热力学稳定性低于氮气分子，但在银基底上通过与缓冲层的相互作用，它能够在实验条件下稳定存在。

该研究的意义不仅在于首次实验证实了理论预测的氮烯结构，更在于展示了二维极限下氮元素独特的化学行为。这种稳定的二维氮晶体具有巨大的应用潜力，其超宽禁带特性使其成为紫外探测器、发光器件和高k介电材料的理想候选者。此外，这种材料在室温下具有良好的稳定性，为其在实际器件中的应用提供了可能。

本研究由中国科学院物理研究所、中国科学院大学物理科学学院、马克斯·普朗克微结构物理研究所、浙江钱塘高等研究院、北京大学轻元素量子材料交叉学科研究所等多家单位合作完成。团队负责人冯宝杰研究员（中科院物理所）提出研究构想并设计实验方案；陈岚研究员（中科院物理所）、孟胜研究员（中科院物理所）和吴克辉教授（钱塘高等研究院）在实验设计和数据分析方面提供了重要指导；胡学高、曹海军、高志成和周慧等青年科研人员完成了样品制备、STM/LEED/ARPES表征及理论计算工作。该研究得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金和中国科学院基础研究青年科学家项目等多项资助，彰显了我国在新型二维材料研究领域的国际领先地位。

图1 银（100）表面类氮烯结构的实验制备和原子结构模型

图2 银（100）表面类氮烯结构的电子结构