2026年6月8日——韩国科学技术院（KAIST）的研究人员开发出一种新型二维导电材料，这种材料即便堆叠成多层，也能保持单层状态下的电子特性，从而加速了新一代电子和量子器件的商业化进程。

二维材料的厚度远小于一张纸，长期以来因其卓越的性能而备受关注。然而，它们也面临一个关键的限制：当多个层堆叠在一起时，其性能会显著下降。

KAIST的一个研究团队成功解决了这个长期存在的瓶颈问题，他们开发出一种新型导电材料，该材料即使在堆叠成多层后，仍能保留其单层状态下的电子特性。这项突破有望加速新一代电子器件和量子材料的商业化进程。

韩国科学技术院（院长李光炯）于6月8日宣布，由化学系Sarah S. Park教授领导的研究团队，与俄勒冈大学的Christopher H. Hendon教授合作，开发出了一种新型的二维导电金属有机框架（MOF）。这种新型材料在最小化层间干扰的同时，保持了高导电性。

由于二维材料是原子级别的厚度，电子可以在其中以超高速移动，这使得它们成为下一代半导体和量子材料的主要候选。然而，对于实际应用而言，通常需要将多个层堆叠起来。当发生堆叠时，层间相互作用会阻碍电子运动，导致性能下降——这类似于在独立道路上快速行驶的汽车，在交叉路口遇到交通拥堵的情况。特别是，虽然二维导电MOF在其单层状态下表现出卓越的性能，但在多层堆积的块体状态下，其固有的电子特性会减弱。

为了解决这个问题，研究团队专注于堆叠排列的“角度”，以防止层与层之间直接相互干扰。新设计的分子结构确保了即使堆叠多层后，每一层都以特定角度排列，从而最大限度地减少了直接的面对面接触。其运作原理类似于以轻微扭转的方式而非完全对齐地叠放一副扑克牌，可以防止牌张粘在一起。其结果是，层间相互作用得以减少，使电子能够更自由地移动。为了实现这种结构，团队设计了一种基于三蝶烯的分子，并用它合成了这种新型二维导电MOF材料。

这种新开发的材料被命名为 Ni₃(HITrip)₂。研究发现，即使在多层状态下，它也能保持与单层高度相似的电子结构。值得注意的是，它保留了一种独特的电子结构（Kagome晶格的狄拉克能带结构），这种结构允许电子快速高效地移动。这种结构对于实现高导电性非常有利，使电子能够像在没有复杂障碍的高速公路上一样高速穿行。这证明了先前被认为只能在单层中实现的电子结构，现在可以在实际的多层块体材料中得以保持。

事实上，这种材料在没有进行任何额外掺杂（一种通过引入杂质来增强电性能的工艺）的情况下，就表现出了高达 0.58 S/cm 的导电性，这证明了在减轻层间干扰的同时，可以实现优异的电性能。

通过计算建模和光谱分析，研究团队还揭示了这种高导电性背后的机制。他们证实，在该材料内部，分子和金属原子协同作用以促进电子传输，为电子运动创造了一个稳定的环境。

这项研究意义重大，因为它解决了二维材料中一个长期存在的挑战，即“堆叠导致性能下降”的现象。通过证明先前仅限于单层材料的优越电子特性可以在块体材料中实现，这项研究标志着连接基础研究与实用技术的关键转折点。

研究团队预计，这些发现将广泛应用于高性能电子器件和下一代能源材料的开发。此外，通过为量子材料和拓扑材料（具有独特电子传输特性的新一代功能材料）的研究开辟新的可能性，这项突破有望为未来半导体和量子信息技术的发展做出重要贡献。关键在于，由于这种材料即使在堆叠后也能保持其优异的电子特性，它将拓宽制造实际器件所需的功能性材料设计范围。

Sarah S. Park教授表示：“这项研究表明，先前被认为只能在单层中实现的二维电子结构，现在可以在块体材料中实现。通过精确控制层间相互作用，将为在实际材料中实现多样化的量子特性和电子特性开辟一条新的路径。”

博士生朴根灿作为第一作者参与了这项研究，共同作者包括文相源、李在敬、Christopher H. Hendon，通讯作者为Sarah S. Park。该研究于4月8日发表在化学领域享有盛誉的国际科学期刊《美国化学会志》（JACS）上。