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第一性原理预测具有高稳定性,奇特电子性质的二维氢化硼单层材料

一直以来,合成二维硼单层材料都是实验上的一个重大挑战。直到去年,科学家们成功制备出类似于石墨烯的新型二维硼烯单层borophene(Science, 2015, 350, 1513-1516,点击阅读详细), β12相和χ3相硼(Nature Chemistry, 2016, 8, 563–568,点击阅读详细),开创出了研究硼基二维材料的新纪元。虽然硼烯结构已经成功合成,但是有一些基本问题仍然没有很好的解决。首先纯硼单层borophene并不十分稳定,其表面的化学活性很高,容易和氢、氧等气体分子结合。通过先前计算我们也得到合成的borophene,β12相二维硼能量也都比较高Nano Lett., 2016, 16, 3022–3028)。其次,目前合成的二维硼结构都展现出金属特性,并没有展现出像石墨烯那样的优异电子特性。基于这两方面原因,探索具有很好的稳定性以及奇特电子性质的新型硼基二维材料是十分有必要的。


我们知道硼外层只有三个价电子,少于石墨烯中四个价电子的碳原子。为了补偿硼的这种电子的“缺失”,使其氢化从而使硼氢得到具有类似于碳的四电子体系是一个重要途径。近日,昆士兰科技大学Du Aijun点击查看介绍课题组基于第一性原理计算以及粒子群优化算法(CALYPSO)的结构搜索预测出了具有低能量、高稳定性以及狄拉克锥电子特性的二维硼氢材料,C2/m, Pbcm和Cmmm 硼氢单层


通过声子谱计算和分子动力学模拟,所有结构的稳定性得到了很好的证明。另外,通过能带图计算,三个材料都展现出狄拉克锥的奇特电子特性。另外,通过绘制出整个布里渊区的3D能带图发现,Cmmm硼氢单层呈现出了狄拉克环特性。这也是在二维硼基单层结构中首次报道这个新颖的特性。这一研究成果发表于Angewandte Chemie International EditionAngew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10292–10295)。论文共同第一作者博士生研究生焦亚龙马凤仙


该论文作者为:Yalong Jiao, Fengxian Ma, John Bell, Ante Bilic, and Aijun Du

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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201604369/full

Two-Dimensional Boron Hydride Sheets: High Stability, Massless Dirac Fermions, and Excellent Mechanical Properties

Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 10292-10295, DOI: 10.1002/anie.201604369


导师介绍:

Du Aijun教授

http://www.x-mol.com/university/faculty/26814

http://staff.qut.edu.au/staff/du9/



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