自石墨烯被制備并于2010年獲得諾貝爾物理獎以來，全世界對二維層狀材料的關注持續升溫。其中，可用于下一代高性能晶體管的二維材料備受關注。然而，目前已知的絕大多數二維材料并不合適作為下一代高性能晶體管材料。例如，石墨烯盡管具有很高的電子傳輸速度，其獨特的零帶隙電子結構限制了通過外加電壓實現電流開關功能（即無法實現晶體管所需的邏輯運算功能）。此外，石墨烯作為碳材料，難以和現有的硅基半導體工業相結合。

硅烯是由硅原子組成的、類似于石墨烯的單層原子晶體。硅烯除了具有和石墨烯一樣超高電子傳輸速率、極薄以及透明柔軟特性之外，其能隙更易于打開和調控。最重要的是，作為硅材料，硅烯器件有可能利用現有的成熟硅基半導體工業手段生產。因此，科學家預言硅烯是最合適制作下一代高性能低能耗晶體管的理想材料之一。它的應用將掀起新一輪的電子設備革命。

盡管上世紀90年代就有理論計算預測了硅烯的可能存在，直到2012年科學家才在實驗室中采用分子束外延生長技術在金屬基底上成功制備出硅烯，并于2014年實現了硅烯的場效應晶體管原型器件。然而，硅烯在由實驗室走向工業化應用的道路上依然面臨著很多的技術困難。其中最大的挑戰在于：如何將硅烯從金屬基底上剝離，進行后續的器件加工。這個難題從硅烯發現之初就一直困擾著材料學界，成為硅烯器件研發的主要瓶頸。甚至有人斷言由于難度太大，硅烯將永遠停留在基礎研究階段而無法真正走入應用開發。

2014年起，由中國和澳大利亞多個課題組組成的一個聯合研究團隊，對這一世界難題展開技術攻關。該團隊由澳大利亞伍倫貢大學杜軼課題組、大連理工大學趙紀軍課題組、中科院物理所吳克輝課題組、中科院高能物理所王嘉鷗課題組所組成。結合各個課題組在對硅烯的制備、化學穩定性、界面物理化學、理論計算模擬的前期研究基礎和經驗，中澳聯合研究團隊提出了利用活性氣體分子做為“手術刀”將外延生長的硅烯從金屬基底上剪切下來的實驗方案，并最終確定利用氧分子做為“化學剪刀”插入了外延的硅烯和金屬基底之間，成功將硅烯從金屬基底上剝離。在掃描隧道顯微鏡、原位拉曼光譜和角分辨光電子能譜等先進設備的幫助下，中澳聯合研究團隊首次得到了準自由硅烯單層的原子結構像、電子能帶結構以及聲子特征譜等一系列極其重要的信息，并通過理論計算還原了氧分子剪裁剝離硅烯的整個過程。這一突破，為未來硅烯器件的研發提供了重要的科學和技術基礎。相關成果近期發表于美國《科學》雜志的子刊《科學進展》（ScienceAdvances）（論文鏈接：http://advances.sciencemag.org/content/2/7/e1600067）。成果發表后，引起國際學術界關注，Phys.Org，IEEESpectrum，Nanowerk等國際科技媒體網站以“科學家用氧剪刀制備懸浮硅原子單層”、“硅烯制備的突破”“剝離硅層用于新電子學”等為題，紛紛進行報道。

我校趙紀軍教授課題組自2012年起開展硅烯研究，在硅烯的生長行為、與襯底相互作用機制、氧化、堿金屬插層和能帶調控等方面發表了多篇有影響力的論文。其中關于銀襯底鈍化作用促進和保護硅烯生長的理論預言，被2015年發表在NatureNanotechnology上的實驗驗證。最近，趙紀軍課題組與杜軼課題組合作，系統研究了金屬襯底上硅烯不同超結構的點缺陷，并解釋了不同硅烯超結構缺陷密度的起因，論文發表于二維材料領域重要刊物2DMaterials（影響因子：9.661）。

今年趙紀軍教授還與中科院物理所吳克輝研究員、北京理工大學姚裕貴教授、北京大學呂勁副教授等合作，在國際材料科學領域權威期刊《ProgressinMaterialsScience》（影響因子：31.083）上發表了題為“RiseofSilicene:aCompetitive2DMaterial”的長篇綜述論文