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铁弹性硼炔：新奇的负泊松二维材料及其应变导致的迪拉克锥方向转换
近年来，石墨烯的发现和研究激发了科学家对于寻找优异性能二维材料的广泛兴趣。这些材料具有多种不同的结构，同时具有电学、力学以及催化方面的性能，可以用于下一代电子器件的设计和制造。作为元素周期表中靠近C的元素，B被预测可以形成各种晶体结构，例如零维硼富勒烯、一维硼纳米管、三维超硬硼相，以及最近实验合成的二维硼烯。但二维硼烯是否也可以像石墨烯一样表现出优异的电学、力学性质，从而用于未来电子器件生物开发应用尚无报道。近日，澳大利亚昆士兰科技大学（Queensland University of Technology）的寇良志（点击查看介绍）团队通过第一原理计算，预测了表面氢化的硼烯同时具有负泊松比、铁弹性以及迪拉克方向转向的优异性质。
虽然单层石墨烯早在2004年就有报道通过机械剥离的方式制备出来，但单层或多层硼烯的实验室制备进展非常缓慢。直到2015年原子尺度的硼烯由阿贡国家实验室的Mannix等人在高真空的Ag基底上合成出来 (Science, 2015, 350, 1513−1516)。不同于石墨烯，硼烯表面翘曲，化学性质十分活泼。
寇良志研究团队通过对硼烯表面氢化的方法，成功了解决了硼烯的稳定性问题，使其在不依赖基底的情况下不产生虚频。另一方面，通过电子补偿，氢化的硼烯表现出与石墨烯相似的性质，B的px 和 py轨道在费米能附近线性交叉，形成完美的迪拉克锥。计算结果表明其费米速度比石墨烯的还要高出4倍。该结果发表在Phys. Chem. Chem. Phys., 2016, 18, 27284-27289.
随后进一步的研究发现，氢化的硼烯不仅具有优异的电子性质，还具有独特的力学性质。由于硼烯表面翘曲，单胞类似于铰链结构，在沿着armchair方向拉伸时，铰链角度变小从而导致高度增加，即拉伸导致厚度膨胀，出现了新奇的负泊松现象。负泊松材料在很多方面具有应用前景，比如防弹衣。当拉伸应变进一步增大时，沿armchair方向成键较弱的B-B键断裂，并在zigzag方向重新成键，从而可以实现应变导致的晶格转向，原本位于armchair方向的迪拉
克锥转换到zigzag方向。应变导致铁弹性方向的变换有望实现各向异性电子输运通道方向的旋转，从而为新型电子器件的设计提供有益的思路。
这一成果近期发表在《Nano Letters》上，文章的第一作者是昆士兰科技大学的寇良志。
该论文作者为：Liangzhi Kou, Yandong Ma, Chun Tang, Ziqi Sun, Aijun Du, and Changfeng Chen
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
Auxetic and Ferroelastic Borophane: A Novel 2D Material with Negative Possion’s Ratio and Switchable Dirac Transport Channels
Nano Lett., 2016, 16, 7910−7914, DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04180
寇良志博士简介
寇良志，昆士兰科技大学讲师，新南威尔士大学联合讲师。2011年于南京航空航天大学取得博士学位，2012-2014年德国不莱梅计算材料中心洪堡学者，2014-2015年在澳大利亚新南威尔士大学从事博士后研究，2015年7月于昆士兰科技大学工作。
主要研究领域包括，利用第一性原理模拟低维纳米材料（二维石墨烯、硼烯、一维纳米线、纳米条带等）的独特力电磁性质研究，气体吸附和氢存储，二维拓扑绝缘体的寻找以及在电子器件方面的应用。目前在物理化学杂志上发表论文60多篇，包括Nano Lett. ACS Nano, Adv. Mater., J. Phys. Chem. Lett., Carbon, Nanoscale等。
http://www.x-mol.com/university/faculty/38299