硼烯是一类由单质硼原子组成的二维材料。与石墨烯不同，由于硼原子的核外比碳原子少一个价电子，因而硼原子之间倾向于通过电子共享形成多中心键，从而导致硼烯晶体结构表现为复杂的三角晶格混合六方孔洞的形式。独特的成键方式不仅使得二维硼烯在结构上呈现出多态性，也赋予了硼烯诸如机械柔韧性、透光性、超高的热电导、一维近自由电子态、金属性狄拉克费米子以及超导性等优异的性质。目前实验上已经在不同金属衬底上实现了多种不同结构的硼烯的制备，然而这些特定硼烯结构的长程有序性与它们和衬底之间的晶格匹配以及界面电荷转移息息相关。这种衬底依赖性虽然有助于硼烯结构的稳定，同时也使得硼烯的结构变化非常依赖于对衬底的筛选。理论预测表明，通过在硼烯表面引入硼团簇或其他富硼物质可以直接调控硼烯晶格本身，从而有望实现超越衬底约束的原位硼烯晶格反向调制，从本质上达到独立于衬底约束条件之外去调控硼烯晶格结构的目标。

　　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课题组的陈岚研究员、吴克辉研究员（现钱塘高等研究院）、冯宝杰研究员一直致力于二维硼烯的合成制备以及对其物性的表征研究。2016年课题组率先使用超高真空分子束外延生长（MBE）的方法在Ag(111)衬底上成功制备出了单层硼烯（Nature Chemistry 8, 564 (2016)）。通过对衬底相互作用的精确调控，他们还成功制备出蜂窝状硼烯（Science Bulletin 63, 282(2018)）、准一维链状混合相硼烯（Advanced Materials 32, 205128 (2020)）、双层硼烯（Nature Chemistry 14, 25(2022)）等一系列全新的结构。并以单层硼烯为模板成功合成了周期排布幻数B₅团簇(PNAS 120, e2215131120 (2023) )。

　　最近，课题组陈岚研究员指导博士生马晨等人利用 MBE在Cu(100)衬底上获得了高质量的单层硼烯样品，并通过精确控制生长参数在单层硼烯表面得到了由均一团簇吸附形成的有序排列的一维链状结构，并与中国科学技术大学武晓君教授、吕海峰副研究员课题组进行了第一性原理研究。实验和理论表明，这些特定尺寸的硼团簇由7个硼原子构成。B₇团簇和单层硼烯之间存在强烈的相互作用驱动了硼原子从硼烯本征的位错位点协同跳跃迁移到相邻空位，并引发底层硼烯在特定方向上的晶格扩展，从而反向实现了硼团簇对单层硼烯超晶格的周期性调制。这项工作首次在实验上实现了超越衬底约束的反向硼烯原位超晶格调制，同时对理解团簇-硼烯相互作用提供了基础性见解，为通过团簇吸附实现衬底支撑特定结构硼烯的可控生长开辟了新途径。

　　相关研究成果发表于Journal of the American Chemical Society 148, 8276 (2026)。物理所博士生马晨和中国科学技术大学博士生王云蕾为文章的共同第一作者；陈岚研究员、武晓君教授和吕海峰副研究员为文章的共同通讯作者。相关工作获得了科技部、国家自然科学基金、国家科技重大专项、中央高校基本科研业务费专项资金、中国科学院基础研究青年科学家项目、中国科学技术大学超级计算中心等的支持。文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.5c18362

(a-c) Cu(100)上单层硼烯表面硼团簇吸附得到的结构随覆盖度增加的形貌演化。(d) 三种不同的一维链状结构的高分辨STM图像。上：2模式；中：2-3混合模式；下：3模式。(e) 上：2模式的一维链状结构的结构模型；中：2模式的一维链状结构的理论模拟STM图像；下：2模式的一维链状结构的实验STM图像。(f) 单层硼烯上的硼原子在有无B₇团簇诱导的情况下向相邻孔洞迁移的反应路径对比。(g) 单层硼烯在B₇团簇诱导下发生定向的超晶格扩展的示意图。