二维合成材料不具有层状三维母体材料，理论上种类非常丰富，可以实现很多常规二维材料无法实现的新奇物性，因此受到了凝聚态物理、材料化学等多个领域的广泛关注。类石墨烯材料（Xenes），例如硅烯、硼烯等，是最简单的一类二维合成材料。然而，已报道的多数类石墨烯材料存在空气稳定性差、功能特性相对单一等问题，制约了其实际应用价值。由于卤族元素具有极高的电负性，难以被氧化，因此单层卤族元素——卤烯理论上具有较强的空气稳定性。然而，单质卤素在常温常压下易形成双原子分子或卤化物，使得卤烯的合成极具挑战。在卤族元素中，碘在有机合成、催化及卤键作用中至关重要。近年来，少层碘纳米片已在离子电池、抗菌疗法等领域展现出应用潜力。特别是，碘具有较强的自旋轨道耦合，因此碘烯有望兼具空气稳定性和新奇的拓扑电子态。然而，固体碘是由范德华力连接的I₂分子构成分子晶体，以共价键连接的碘烯此前尚未实现。

　　中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室 SF09 组的冯宝杰研究员、陈岚研究员、吴克辉研究员（现钱塘高等研究院）长期从事低维二维合成材料的实验研究，成功制备了包括硅烯[Nano Lett. 12, 3507−3511 (2012)]、硼烯[Nature Chem 8, 563–568 (2016)]、氮烯[Nat. Commun. 17, 846 (2026)]等多种单元素二维材料，在国际上引起了高度关注。

　　最近，他们指导博士生李栋、博士后王宇，并与清华大学徐勇教授、博士后赵鑫磊合作，采用分子束外延方法，在超高真空条件下以NiI₂作为蒸发源，实现了单质碘的生长，在Au(111)衬底上合成了单层碘烯。他们利用低能电子衍射、扫描隧道显微镜、扫描隧道谱、角分辨光电子能谱、X射线光电子能谱等实验技术，并结合第一性原理计算，系统研究了Au(111)表面单层碘烯的可控制备、原子结构及电子性质。研究结果表明，碘烯具有有序三角晶格，并在应变调控下可以形成两条平带。更有意思的是，该体系为二维拓扑晶体绝缘体，在两条平带之间存在受晶体对称性保护的拓扑边缘态，同时碘烯表现出了良好的空气稳定性。

　　该工作不仅实现了首个卤烯——碘烯，也为探索拓扑电子态、平带物理及多功能量子器件提供了新的材料平台。另一方面，拓扑晶体绝缘体此前仅在三维材料中实现过，因此该工作也是首次实现二维拓扑晶体绝缘体。

　　相关研究成果以“Realization of Iodinene with Tunable Topological Edge States and Flat Bands”为题，发表在Advanced Materials。物理所博士生李栋、博士后王宇和清华大学博士后赵鑫磊为共同第一作者；物理所冯宝杰研究员和陈岚研究员为共同通讯作者。该研究工作受到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国科学院青年团队项目的支持。文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202521003

图：碘烯的合成和物性表征