二维AlB3中的异域双层三明治超导狄拉克同素异形体

《Advanced Functional Materials》：Exotic Double Sandwich Superconducting Dirac Allotrope in 2D AlB3

二维铝硼烯（AlB3）纳米片的多功能特性研究：通过晶体结构预测、第一性原理计算和分子动力学模拟，揭示了AlB3-1结构的层状 architecture（两个夹心单元共享中心硼烯层），具有超高机械强度（>石墨烯）、耐1600K高温性能，电子结构存在Dirac锥（费米速度≈10^6 m/s），预示超导转变温度28.84K，热电导率均衡，化学键结合紧密（B-B共价键和Al-B离子键）。低能同素异形体（AlB3-2-10）展现多样键合模式和电子行为，包括金属相Dirac-like能带。研究成果为纳米电子、超导和热电材料提供新候选体系。

　　

摘要

本文利用晶体结构预测、第一性原理计算和分子动力学模拟研究了二维AlB₃纳米片的多功能性质。所确定的基态结构被命名为AlB₃-1，其具有独特的层状结构，由两个垂直堆叠的单元组成，这两个单元共享一个中心硼烯层。这种排列方式使得材料的机械强度显著提高（平面模量超过石墨烯），并且具有优异的热稳定性（在1600K下的从头算分子动力学模拟中仍能保持完整性）。电子结构分析显示，在费米能级附近存在多个狄拉克锥，伴随着线性的能量色散和高费米速度（约10⁶ m s^?1），表明存在无质量的电荷载体。适度的电子-声子耦合预示着该材料的超导转变温度为28.84K。此外，该材料还表现出平衡的晶格热导率（约16.50 W m^?1 K^?1）。化学键分析表明，强共价B-B键和部分离子性的Al-B键有助于维持整体的结构稳定性。低维同素异形体（AlB₃-2–10）展现出多样的键合模式和丰富的电子行为，包括具有类狄拉克色散的金属相。这些发现不仅拓宽了人们对基于硼化物的二维材料的认识，还凸显了AlB₃纳米片在纳米电子学、超导材料、热电材料以及纳米尺度力学领域中的潜在应用价值。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。