2026年7月16日——石墨烯长期以来被视为未来电子学领域最具前景的材料之一，但其相对较弱的电子相互作用限制了其在高温超导体等领域的应用潜力。如今，日本东北大学的研究人员克服了一个重大障碍，在三维晶体表面成功制备出长期寻求的稳定版“硼石墨烯”，并揭示了一种新的量子态，有望推动能效更高的电子器件的发展。

该研究成果于2026年7月3日发表在《科学进展》期刊上。

东北大学材料研究所（WPI-AIMR）的佐藤宇史表示：“我们展示了一种创建二维量子材料的全新基本方法。我们并非试图制造不稳定的游离硼原子单层，而是将一种天然存在于稳定三维晶体LaRh₃B₂内部的蜂窝状硼层暴露出来。”

多年来，科学家一直对硼烯——一种由硼原子构成的二维单层——抱有浓厚兴趣，因为其更强的电子相互作用可能产生石墨烯中未曾出现的奇异量子现象。然而，硼烯理想的蜂窝状结构极不稳定，几乎无法制造。

佐藤及其同事没有尝试直接合成硼烯，而是另辟蹊径。他们利用LaRh₃B₂的晶体结构，该结构天然包含以蜂窝状排列的硼原子层。通过将这些层暴露在晶体表面，他们创建了一个稳定的二维电子系统，具备了这种难以捉摸材料的特性。

研究团队利用同步辐射设施中的角分辨光电子能谱技术发现，该材料费米能级附近的电子浓度异常高。这一特征被称为范霍夫奇点，其重要性在于它能极大增强电子间的相互作用，并可能引发异常的量子行为。

随后，研究人员将这些测量结果与扫描隧道显微镜和扫描隧道谱相结合，从而能够在实空间观察电子。两种技术共同表明，电子自发地沿一个优先方向排列，打破了晶体原有的六重对称性，形成了“电子向列态”——一种电子行为类似于液晶显示器中分子的量子态。

佐藤补充道：“我们并非从头开始费力合成脆弱的二维硼单层，而是着眼于已包含硼蜂窝晶格的稳定三维晶体，并将其暴露在材料表面。在这种类石墨烯材料中观察到电子液晶态表明，精心设计材料的电子结构能够解锁全新的量子现象。”

该发现的一个关键方面是动量空间与实空间成像技术的结合。角分辨光电子能谱识别出可能出现不稳定性的电子“热点”，而扫描隧道显微镜则直接观察到了由此产生的对称性破缺电子图案。通过比较这两组测量结果，研究人员得以解释电子向列态的形成机制。

研究生院助理教授中山耕辅表示：“仅凭任何一种技术都无法揭示全貌。通过将角分辨光电子能谱的动量空间信息与扫描隧道显微镜的实空间观测相结合，我们得以将电子不稳定性与向列态的出现联系起来。这种协同作用对于理解这一新量子相背后的物理机制至关重要。”

由于本研究所用的晶体家族允许替换其中许多化学元素，研究人员可以轻松调整材料中电子的数量和行为。这种灵活性为设计新型量子材料提供了强大平台，并可加速下一代超导体和节能量子技术的发展。