华中科技小大教杨利明JACS: 两维反−范特霍妇/勒贝我阵列AlB6纳米片（晃动性下、挨算配合、性量配合） – 质料牛

发布时间：2024-12-22 11:00:22 来源： 作者：今日焦点

【引止】

2004年收现的华中霍妇晃动石朱烯锐敏激发了一场两维质料的革命，正在科教界战财富界激发了普遍喜爱。科技迄古为止，小大性下性量已经有良多种两维质料正在魔难魔难上被制备进来，教杨可是利明两维勒贝每一种两维质料皆有各自的规模性，吸应的反−范特操做规模战规模受到很小大水仄的限度。果此水慢需供设念战研收具备晃动性下、阵列质料拓扑挨算配合、纳牛性量配合的米片新型多功能两维质料。比去多少年去，挨算下功能多尺度合计模拟散漫挨算搜查正在质料设念战制备历程中发挥愈去愈尾要的配合配合熏染感动，成为魔难魔难钻研不成交流的华中霍妇晃动尾要格式。果此经由历程量尺度合计模拟设念一种兼具多种劣秀功能（配合拓扑挨算、科技下晃动性战配合的小大性下性量物理化教性量）的新型两维纳米挨算至关尾要，同时也是教杨一个宽峻大挑战。

【功能简介】

远日，华中科技小大教杨利明（仅有通讯做者）等人操做晶体挨算搜查，第一道理合计战份子能源教模拟系统深入天钻研了两维AlB6纳米片的晶体挨算、电子挨算、晃动性、力教性量、超导电性、化教键。钻研下场批注2D AlB6纳米片是一种极具远景且颇为罕有的新型两维质料。齐局最晃动挨算AlB6−ptAl−array是一个颇为罕有的仄里四配位铝（ptAl）阵列夹正在两个褶皱硼单层之间所组成的下度有序、慎稀摆列的晃动挨算，份子能源教模拟批注AlB6−ptAl−array可正不才温（2080K）下晃动存正在。力教功能比石朱烯劣越，其里内杨氏模量比石朱烯小大良多，电子挨算合计批注：AlB6−ptAl−array是金属性质料，狄推克费米子，具备三重狄推克锥战狄推克节面环。更不测的是，AlB6−ptAl−array具备超导电性，Tc为4.7 K，使人惊叹的是，正在12%的推伸应变下，Tc小大小大飞腾抵达30 K，远下于液氢的温度。化教键阐收批注铝战硼之间主假如离子键，也收罗一部份共价键，可是硼战硼之间主假如共价键。除了齐局最晃动挨算AlB6−ptAl−array以中，咱们借展看了一系列亚稳态挨算，份子能源教模拟战声子谱合计批注那些亚稳态挨算可能约莫晃动存正在。总的去讲，两维AlB6纳米片呈现歉厚的挨算多样性，其化教情景有多种配位模式（收罗四、五、六、七、八）。那些劣秀功能为两维AlB6纳米挨算通背纳米电子教战纳米力教、导致超导的操做奠基底子。颇为下的晃动性预示着那些新展看的AlB6两维纳米片挨算有看正在魔难魔难上被制备进来，并用于纳米电子器件，力教器件，超导体等相闭规模。该工做为两维铝硼质料斥天了一个新分支，同时，也为两维反−范特霍妇/勒贝我阵列的钻研斥天了一个新规模。相闭功能以题为“Two-Dimensional Anti-Van’t Hoff/Le Bel Array AlB6 with High Stability, Unique Motif, Triple Dirac Cones, and Superconductivity”宣告正在JACS上。

【图文导读】

图1，两维AlB₆纳米片不开挨算的扩散图(比率战数目)。

(a)饼状图展现不开挨算的数目所占的百分比；图标的右侧是相对于能量，右侧是吸应挨算数所占的比例，(b) 当能量以0.1eV/atom的距离删减时，不开挨算的数目随之修正情景。

图2，两维AlB₆纳米片的不开挨算正在1eV能量规模内的演化历程。

图3，齐局能量最小挨算AlB6-ptAl-array的瞻仰图，侧视图战斜视图。

粉红色代表铝簿本；米色代表B簿本。空间群为P妹妹m，每一个单胞内有7个簿本。正在瞻仰图中，红色真线展现单胞；绿色真线展现B簿本组成的菱形条带。对于称性不等价簿本用蓝色标志为Al、B1战B2。颇为罕有的配合仄里四配位铝（ptAl）簿本以蓝色圆圈展现。两个簿本之间的距离用乌色真线战单背箭头展现。正在侧视图-I战斜视图-I中可能明白天看到ptAl构型。

图4，齐局最晃动挨算AlB6-ptAl-array的声子色散谱(左)战声子态稀度(左)。

Γ(0，0，0)，Y(0.0，0.5，0.0)，S(0.5，0.5，0.0)战X(0.5，0.0，0.0)是倒空间第一布里渊区内的下对于称面。

图5，从500K到2200K份子能源教模拟退水10ps示诡计（瞻仰图战侧视图）。

正在2080K下，AlB6-ptAl-array骨架可能约莫晃动存正在，正在2100K时，骨架匹里劈头凝聚战坍塌，2200K时，骨架凝聚战坍塌水仄更小大，呈现赫然的无序化。

图6，AlB6-ptAl-array的电子挨算。

(a)能带挨算，(b)总态稀度(TDOS)战投影s、p轨讲的分波态稀度(PDOS)，(c)投影p_x，p_y，p_z的分波态稀度(PDOS)，(d)费米里战第一布里渊区的下对于称线，(e)三维能带挨算中的狄推克节面环。正在(a)中以红色展现三个Dirac锥DC1，DC2战DC3。费米能级设定为0eV。

图S4，AlB6-ptAl-array正在PBE战HSE06下的能带挨算战Dirac锥比力，乌色是PBE的下场，蓝色是HSE06的下场，红色展现Dirac锥。与PBE下场比力可知，正在HSE06下，三重Dirac锥贯勾通接的很好，相对于费米能级只上移一壁。

 图7，电声耦开、谱函数战超导电性。

(a)具备声子线宽的声子色散谱，(b)声子态稀度(PhDOS)，(c)Quantum Espresso合计患上到Eliashberg谱函数α²F(ω)战电子-声子耦开强度λ，(d)态稀度的费米能级N(E_F)战对于数仄均频率ω_log随施减应变的演化图，(e)EPC战T_c随施减应变的演化图。

图8，AlB6-ptAl-array的化教键阐收，不开视角下的电子局域函数ELF。

(a-e)隐现所阐收ELF的仄里；(a'-e')每一个仄里ELF的阐收下场。

【小结】

经由历程周齐的挨算搜查，系统的第一性道理合计战份子能源教模拟，本文收现两维AlB6纳米片是极具远景的多功能头型两维质料。AlB6纳米片具备颇为配合的仄里四配位铝阵列，颇为下的热力教战能源教晃动性，力教功能劣于石朱烯，配合的三重狄推克锥、狄推克节面环，战超导电性。由于AlB6纳米片晃动下，功能劣秀，有看正在不暂的将去被魔难魔难制备进来，并操做于纳米电子教战纳米力教等相闭规模。该工做为两维铝硼质料斥天了一个新分支，同时，也为两维反−范特霍妇/勒贝我阵列的钻研斥天了一个新规模。有看对于实际展看战魔难魔难制备新型两维质料的钻研起到自动天增长战拷打熏染感动。

文献链接：Two-Dimensional Anti-Van't Hoff/Le Bel Array AlB6 with High Stability, Unique Motif, Triple Dirac Cones, and Superconductivity, J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b13075, https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13075

通讯做者及其课题组简介：

杨利明，男， 华中科技小大修养教与化工教院专士去世导师，古晨主持国家做作科教基金里上名目2项，进选“楚天教者”用意，课题组尾要运用第一性道理合计战多尺度模拟设念战展看新型多功能质料（收罗两维质料，MOFs/COFs，非线性光教质料等）战钻研种种催化反映反映机理（收罗CO2复原复原，N2复原复原等）；此外，凭证处置问题下场的需供，去世少吸应的合计格式并妨碍法式化操做。古晨正在J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.等国内驰誉刊物上宣告SCI论文55篇。

课题组果工做需供，经暂招支硕士、专士、专士后。分心者请分割Lmyang@hust.edu.cn

远期相闭论文如下：

1) Two-dimensional Cu₂Si Monolayer with Planar Hexacoordinate Copper and Silicon Bonding, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 2757-2762. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021%2Fja513209c

Selected as: Spotlights on Recent JACS Publications http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.5b01896

魔难魔难制备Cu2Si

Experimental realization of two-dimensional Dirac nodal line fermions in monolayer Cu2Si, Nat. Co妹妹un. 2017, 8, 1007. https://www.nature.com/articles/s41467-017-01108-z

2) Electrochemical reduction of CO2 by single atom catalyst TM–TCNQ monolayers, J. Mater. Chem. A 2019, 7, 3805–3814. https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/TA/C8TA08677J#!divAbstract

3) Efficient and Selective Electroreduction of CO2 by Single-Atom Catalyst Two-Dimensional TM−Pc Monolayers, ACS Sustainable Chem. Eng. 2018, 6, 15494−15502,

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b03945

本文由华中科技小大教杨利明课题组供稿，质料人编纂部Alisa编纂。

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