（图片来源：美国东北大学）

科学中的意外发现与恋爱一样。

东北大学物理学家Swastik Kar和Srinivas Sridhar在他们四年的研究项目中发现可以修改石墨烯，一种极薄且强度高于钢的碳原子紧密排列的晶格结构。主要得到陆军研究实验室，国防高级研究计划局或DARPA的资金支持，希望研究人员把这个已出现十年的材料的热灵敏性用于红外成像设备，如军事夜视镜。

他们的发现被发表在《Science Advances》期刊，一种全新的材料由硼、氮、碳和氧元素组成的材料，显示出光电磁性能，还具有很受欢迎的热学性能。其应用涉及全部的领域：从手机相机20兆像素的光学性能，到国防高级研究计划局的原子薄晶体管探测器的电学性能。

“我们必须从头开始并构建一切。”科学学院的助理物理教授Kar说。

“我们在旅程中，开辟一条新的道路，一个新的研究方向。”

两人对“合金”很熟悉，控制的元素组合使材料的属性超过了石墨烯。例如，把硼和氮添加到石墨烯的碳意味着产生必要的电导率来生成电绝缘体。但没有人会选择把氧添加到混合物中。

是什么使东北大学的研究人员这样做呢?

“嗯，我们没有选择氧气。”Kar微笑着说，“氧选择了我们。”

当然，氧气无处不在。事实上，Kar和Sridhar 花了很多时间试图避免氧气渗入他们的材料中，担心它会污染他们寻求开发的“纯”材料。

“这就对我们来说，就是豁然开朗的时刻。”Kar说，”我们意识到我们不能忽视氧气在这些元素组合方式中的作用。“

“所以不要试图避免氧气，我们认为：让我们控制它的进入。”东北大学电子材料研究所文理学院物理学特聘教授和主任Sridhar补充道。

实验得出的氧气在反应中的作用方式科学家从未预料到：氧气决定其他元素—硼、碳、氮，如何以固态晶体形式结合，同时也将进入到晶格中。微量的氧气可以“去除”一些碳片，Kar解释道，从而使硼和氮元素来填补这些缺口。

“就好像氧气控制着几何结构。”Sridhar说。

他们新材料把命名为2D-BNCO，显示了这种二维超薄轻质材料中混合的四种元素，并着手描述和制造它，确保它是可再生的和可伸缩的。这意味着研究四种成分的无数组排列，通过控制三个常量同时改变另一个变量，反之亦然，经过多次实验。

每次试验后，他们分析了产品的结构和功能性质——电学，光学，通过使用电子显微镜和光谱等分析工具，结合创建模型结构的计算物理学家的分析确保在现实世界中是可行的。

接下来他们将检测新材料的力学性能并开始验证其磁性能，令人惊讶的是，来自这四种非磁性元素的混合物。“你很快开始看到这个过程有多么复杂。”Kar说。

来自世界各地的合作者帮助解决这个复杂的问题，除了东北大学的副研究科学家、博士后研究人员、研究生、贡献者，还包括在政府、行业和来自美国、墨西哥和印度学术界的研究人员。

新材料在线编译整理——翻译：Grubby      校正：摩天轮