对自旋电子和量子计算的应用来说，有机二维晶格材料比无机材料的使用更容易和更安全

使用复杂的理论工具，新加坡的研究人员发现了一种方法来构造拓扑绝缘体，一种新的spin-active材料，来自于平面有机复合物，而不是有毒的无机晶体。

使用复杂的理论工具，新加坡科技研究局(A * STAR)的研究人员发现了一种方法来构造拓扑绝缘体，一种新的spin-active材料，来自于平面有机复合物，而不是有毒的无机晶体。

拓扑绝缘体独特的晶体结构使其处处绝缘，但除了它们的边缘。由于这些材料的电导率被局限在量子化表面状态，通过拓扑绝缘体的电流获得特殊的性质。例如，它可将电子自旋极化到同一方向，研究人员正在利用这个现象来生成‘自旋轨道耦合’，为自旋电子生成磁场而不需要外部磁体。

许多拓扑绝缘体是通过在无机矿物质（如碲化铋或铋硒化物）上，利用胶带反复剥落直到平面二维片出现。“与基体晶体相比，具有优越的性能，但机械剥离重现性差，”A*STAR高性能计算研究所Shuo-Wang解释说。“我们建议研究基于有机配位复合物的拓扑绝缘体，因为这些结构比无机材料更适合传统的湿化学合成法。”

配位复合物是配位有机分子对称连接到中央金属原子的化合物。Yang和他的团队认为新型“shape-persistent”有机配位体复合物适用于他们的研究方法。这些化合物带有小型刚性芳香环构成的配位体。通过使用过渡金属连接将这些有机构建块连接到被称为“macrocycles”的大环，研究人员可以构建具有高电荷载流子迁移率特性的扩展二维晶格。

仅依赖实验来确定具有理想拓扑绝缘体特性的二维有机晶格材料是很困难的。为了完善这项研究，Yang和他的同事结合量子计算和能带结构模拟，记录各种shape-persistent有机复合物中的电子活动。研究小组在他们的模拟中，寻找两个关键因素：类似于石墨烯的可使电子在二维平面上移动的配位体，以及在过渡金属节点和配位体之间的强自旋耦合。

研究者发现的新有机拓扑绝缘体具有二维蜂窝状大环，包含三苯环、金属钯或铂和氨基连接基团。具有前景的量子特性和高理论稳定性，这些复合物可作为在现实世界中应用的拓扑绝缘体。

“这些材料很容易制备，比无机材料更便宜,”Yang说。“它们也适合于直接组装到半导体表面，使纳米电子应用更为可行。”

与A*STAR合作的研究人员来自高性能计算研究所和材料研究和工程研究所。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby     校正：摩天轮