中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进核能材料实验室携手浙江大学、甬江实验室等科研团队，在二维材料领域实现重大突破——成功合成全球首例镧系MXene材料。这一成果突破了传统MXene材料的性能边界，相关研究论文于国际顶级学术期刊《自然》在线发表。
MXene作为二维过渡金属碳氮化物的代表，凭借其优异的导电性和表面化学可调性，在储能、电磁防护等领域展现出广阔前景。然而，此前报道的MXene材料主要基于钛、钒等前过渡金属，均呈现金属导电特性，难以同时具备半导体能带结构与磁有序性，这极大限制了其在电子器件和自旋电子学领域的应用潜力。
研究团队通过深入探索发现，镧系元素单卤化物具有独特的层状结构，与MXene去除碳原子层后的亚层结构高度相似。基于团队此前提出的"化学剪刀"亚层编辑策略，科研人员开创性设计出两步温和反应路径：首先通过镧系金属与卤化铜的定向反应制备单卤化物中间体，随后利用该中间体与石墨粉在高温条件下发生协同作用。反应过程中，中间体层间的局域化电子将石墨中的碳原子还原为四价碳阴离子，导致层间结合力减弱，最终形成具有T-Ln-C-Ln-T堆叠序列的新型晶体结构。
实验数据显示，这种新型镧系MXene材料同时表现出半导体特性与铁磁性，其独特的电子结构使其成为自旋电子学领域的理想材料。该材料在低功耗逻辑器件、高频通信、磁传感器等方向具有显著应用优势，特别是在量子计算领域展现出突破性潜力。研究团队强调，这种基于亚层化学性质差异的合成策略具有普适性，未来可推广至其他过渡金属体系，为二维材料家族注入全新活力。
这项突破性成果不仅解决了传统MXene材料的功能局限性，更开创了通过亚层编辑实现材料性能精准调控的新范式。科研人员表示，该研究为设计新型多功能二维材料提供了全新思路，有望推动电子器件向更高效、更集成的方向发展。
