楊利明課題組在新型二維反−范特霍夫/勒貝爾陣列AlB6−ptAl−array納米片的設(shè)計(jì)和預(yù)測研究中取得重要進(jìn)展
（通訊員 吳疆鄂）1月29日，《美國化學(xué)會(huì)志》（Journal of the American Chemical Society）雜志發(fā)表了化學(xué)與化工學(xué)院楊利明研究團(tuán)隊(duì)的研究成果《二維反−范特霍夫/勒貝爾陣列AlB6−ptAl−array納米片，具有很高的穩(wěn)定性、非常獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)、新奇的三重狄拉克錐和狄拉克節(jié)點(diǎn)環(huán)、以及超導(dǎo)電性》（Two-Dimensional Anti-Van’t Hoff/Le Bel Array AlB6 with High Stability, Unique Motif, Triple Dirac Cones, and Superconductivity）?；瘜W(xué)與化工學(xué)院博士后宋冰宜為論文第一作者，楊利明是論文的唯一通訊作者，華中科技大學(xué)是唯一通訊單位。
自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，二維材料在科學(xué)界和工業(yè)界引起了廣泛興趣。有很多種二維材料在實(shí)驗(yàn)上被制備出來，但是每種二維材料都有各自的局限性，相應(yīng)的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域受到很大程度的限制。因而迫切需要設(shè)計(jì)和研發(fā)具有穩(wěn)定性高、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)獨(dú)特、性質(zhì)奇異的新型多功能二維材料。
楊利明課題組借助高性能計(jì)算日益強(qiáng)大的計(jì)算能力和預(yù)測能力，將晶體結(jié)構(gòu)搜索與第一原理計(jì)算和分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合，系統(tǒng)深入地研究了二維AlB6納米片的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性、力學(xué)性質(zhì)、超導(dǎo)電性、化學(xué)鍵。研究結(jié)果表明2D AlB6納米片是一種極具前景且非常罕見的新型二維材料。全局最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)AlB6−ptAl−array是一個(gè)極其罕見的平面四配位鋁（ptAl）陣列夾在兩個(gè)褶皺硼單層之間所形成的規(guī)整有序、緊密排列的高度穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，分子動(dòng)力學(xué)模擬表明AlB6−ptAl−array可在高溫（2080K）下穩(wěn)定存在。力學(xué)性能比石墨烯優(yōu)越，其面內(nèi)楊氏模量比石墨烯大很多，電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明：AlB6−ptAl−array是金屬性材料，狄拉克費(fèi)米子，具有三重狄拉克錐和狄拉克節(jié)點(diǎn)環(huán)。更意外的是，AlB6−ptAl−array具有超導(dǎo)電性，Tc為4.7 K，令人驚奇的是，在12%的拉伸應(yīng)變下，Tc大大升高到達(dá)30 K，遠(yuǎn)高于液氫的溫度?；瘜W(xué)鍵分析表明鋁和硼之間主要是離子鍵，也包含一部分共價(jià)鍵，但是硼和硼之間主要是共價(jià)鍵。除了全局最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)AlB6−ptAl−array之外，我們還預(yù)測了一系列亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，分子動(dòng)力學(xué)模擬和聲子譜計(jì)算表明這些亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)能夠穩(wěn)定存在?？偟膩碚f，二維AlB6納米片呈現(xiàn)豐富的結(jié)構(gòu)多樣性，其化學(xué)環(huán)境有多種配位模式（包括四、五、六、七、八）。這些優(yōu)異性能為二維AlB6納米結(jié)構(gòu)通向納米電子學(xué)和納米力學(xué)、甚至超導(dǎo)的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。非常高的穩(wěn)定性預(yù)示著這些新預(yù)測的AlB6二維納米片結(jié)構(gòu)有望在實(shí)驗(yàn)上被制備出來，并用于納米電子器件，力學(xué)器件，超導(dǎo)體等相關(guān)領(lǐng)域。該工作為二維鋁硼材料開辟了一個(gè)新分支，同時(shí)，也為二維反−范特霍夫/勒貝爾陣列的研究開辟了一個(gè)新領(lǐng)域。有望對(duì)理論預(yù)測和實(shí)驗(yàn)制備新型二維材料的研究起到積極地促進(jìn)和推動(dòng)作用。
圖1，全局能量最小結(jié)構(gòu)AlB6-ptAl-array的俯視圖，側(cè)視圖和斜視圖
圖2，AlB6-ptAl-array的電子結(jié)構(gòu)
圖3，(a)具有聲子線寬的聲子色散譜，(b)聲子態(tài)密度(PhDOS)，(c)Quantum Espresso計(jì)算得到Eliashberg譜函數(shù)α2F(ω)和電子-聲子耦合強(qiáng)度λ，(d)態(tài)密度的費(fèi)米能級(jí)N(EF)和對(duì)數(shù)平均頻率ωlog隨施加應(yīng)變的演變圖，(e)EPC和Tc隨施加應(yīng)變的演變圖。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（NSFC）、華中科技大學(xué)人才引進(jìn)基金、華中科技大學(xué)自主創(chuàng)新基金等資助
論文鏈接：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
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