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结构决定性质，这一底层认知逻辑和研究范式已被多次验证和使用，广泛应用于新物理现象的理解和预测、新材料的设计等。非晶态材料中原子的排布无长程序、内部原子无法被直接观测而导致其三维原子结构依然成谜，原子尺度上的构效关系仍不清楚。因为缺乏对真实非晶结构的理解，半个世纪前Philip W. Anderson把无序度高度凝练成一个物理变量做简单处理。直到现在来看，探索和表征非晶结构中的无序度依然是材料科学和凝聚态非晶物理最具挑战性的科学问题之一。
针对这一关键科学问题，北京大学材料学院刘磊课题组与中国科学院大学周武课题组、北京大学物理学院陈基课题组合作，于2023年3月2日在《自然》期刊发表题为“Disorder-tuned conductivity in amorphous monolayer carbon”的研究论文（DOI: 10.1038/s41586-022-05617-w），首次揭示了二维非晶材料中的构效关系。在该研究中，研究人员利用了“二维材料的原子都暴露在表面，其位置可以被精准解析”这一特性，来解决非晶材料原子结构解析的难题。
图1.a: AMC生长机理示意图；b-h: 原子结构表征
图2. a-f: AMC电学性质测量
在电学性质的测量中，研究人员发现了AMC材料的高度温度依赖特性：在较低温度下（275-300 ℃）AMC具有微弱的中程序而呈现高导电性（方块电阻Rs: 32 kΩ per square）、325 ℃得到的样品则变为绝缘态、进一步升高温度后，Rs与生长温度负相关。研究人员最终实现了AMC导电性在9个数量级中的连续可调。
图3.a-h: AMC构效关系理论计算模型
来源：北京大学
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