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众所周知，钙原子是一种碱土金属原子，具有两个价电子。到目前为止，天然条件下钙离子的仅有已知价态是+2，相对应的一切品种钙离子晶体都没有磁性且出现绝缘性。
在最近的研讨中，西安交大科研作业者根据冷冻透射电子显微镜技能，在复原氧化石墨烯（rGO）膜上直接调查到了天然环境下生成的二维CaCl晶体，其间钙离子的价态为+1。相关理论和试验一起标明，这些二维CaCl晶体具有室温铁磁性、金属性、类压电性，可构成石墨烯–CaCl异质结，且具有显着的储氢和释氢才能。
二维CaCl晶体的高分辩实空间冷冻电镜结构表征图(i)、选区衍射(ii)和实空间结构图画的傅里叶变换图(iii)标明该二维CaCl晶体具有两倍于石墨烯标准的晶胞结构。
理论研讨标明，这种失常晶体的构成是因为石墨烯外表的芳香环与钙离子之间的强阳离子-π相互作用所造成的。因为其他金属离子（如Mg2+、Fe2+、Co2+、Cu2+、Cd2+、Cr2+和Pb2+）与石墨外表也存在强的阳离子-π相互作用，开始研讨标明其他金属阳离子也会构成相似的失常价态晶体。
此类二维CaCl晶体体现出金属性，也显示出显着的类压电性质。这种超出预期的类压电行为来源于两个方面：Ca离子的单价行为，以及两种元素（Ca和Cl）在紧缩或拉伸应变下具有不一样的电效应。因而二维CaCl晶体是一种既具有金属特性又具有压电特性的新式物质资料，可有望制备具有原子标准和纳米标准的电子器件，由此发生广泛使用。
（上）对rGO和GO膜的电阻丈量证明了CaCl晶体的金属性质；（下）天然条件下在曲折发生的紧缩和拉伸应力作用时薄膜体现出了显着的类压电性质。
值得着重的是，CaCl晶体体现出室温铁磁性，这一发现打破了人们共同以为的主族金属元素不会具有室温铁磁性的传统观念。理论核算标明这种室温铁磁性相同来源于两个方面：+1价Ca离子中的不成对价电子，及相应失常二维晶体结构的边际或许缺点效应。因而能预期其他金属元素也可通过构成相似的失常二维晶体而具有室温铁磁性。
CaCl@rGO薄膜的室温(300K)磁滞回线标明其具有显着的室温铁磁性。
该类二维晶体的奇特性质和行为也将拓宽功用化石墨烯的使用。此外，考虑到金属阳离子和碳在地球上的广泛散布，这种具有从前未被知道的性质的纳米级“特别”化合物可能在天然界中广泛存在。
这些发现不仅在具有失常的阴离子–阳离子比、新颖的阳离子价态和奇特电磁学性质的二维晶体研讨上取得了突破性开展，并且在资料、生物、化学和物理等方面都具有开创性的使用潜力。
近来，该成果在《国家科学谈论》（National Science Review）在线宣布，西安交大物理学院张磊、张朋、张胜利教授团队联合上海大学、华东理工大学、中国科学院上海使用物理研讨所、浙江农林大学、华东师范大学和厦门大学相关团队共同完成了本项作业。本项作业获得了国家天然科学基金委、中心高校根本科研业务费、中心高校建造国际一流大学（学科）和特征开展引导专项、西安交大青年优秀人才方案等赞助，相关表征和测验得到了剖析测验同享中心软物质冷冻电镜等渠道和大型设备的有力支撑。
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