YMB4（M=Os, Re, Rh, Ru, W）三元金属硼化物的电子结构与光学性质第一性原理研究及其在先进光学涂层中的应用潜力

本研究通过第一性原理计算系统分析了YMB4（M=Os, Re, Rh, Ru, W）三元硼化物的结构稳定性、电子特性（B-p与M-d轨道杂化）及光学各向异性，发现其具有超高静态介电常数（ε1(0)达282.89）、强UV吸收和50-80 eV高反射率，为开发耐热光学涂层和紫外光子器件提供了理论依据。

　　

在材料科学领域，过渡金属硼化物因其卓越的耐热性和机械性能长期备受关注，但传统二元硼化物如TiB₂存在光学响应范围有限、结构调控难度大等问题。更复杂的三元硼化物体系虽展现出更丰富的性能可调性，却缺乏系统性研究。特别是含稀土元素钇的YMB₄系列化合物，其独特的硼网络结构与过渡金属协同效应，可能为开发新一代耐极端环境的光学材料提供突破口。

云南大学有色金属加工云计算国际联合实验室的研究团队通过密度泛函理论(DFT)计算，对YMB₄（M=Os, Re, Rh, Ru, W）展开多尺度研究。采用剑桥序列总能量包(CASTEP)软件，基于超软赝势(USPP)和广义梯度近似(GGA)处理交换关联能，计算了晶格参数、电子态密度(DOS)、电子局域函数(ELF)及介电函数等关键参数。

结构特性与相稳定性
晶体结构分析显示，YMB₄中硼原子构成扭曲的五边形-七边形平面网络，通过M-d轨道与钇原子形成三维框架。形成焓计算表明YWB₄稳定性最高（ΔH=-0.527 eV/atom），其硼-硼键长（1.73-1.82 ?）短于石墨烯的C-C键，预示更强的共价特性。

电子特性
能带结构与态密度分析证实所有化合物均呈现金属性，费米能级附近存在显著的B-2p与M-5d轨道杂化。电子局域函数(ELF)显示B-B键的共价性（ELF=0.85）远高于B-Y键（ELF=0.35），而Mulliken布居分析揭示Y→B的电荷转移达1.23|e|，证实离子-共价混合键合机制。

光学性质
介电函数展现出强烈的各向异性：YReB₄在y轴方向的静态介电常数ε₁(0)高达282.89，创下硼化物新纪录。反射光谱显示YOsB₄在50-80 eV区间反射率达1.0，而YRuB₄在紫外区（<6 eV）吸收系数超10⁵ cm^-1，显著优于传统二元硼化物。

该研究不仅建立了YMB₄系列"成分-结构-性能"的定量关系，更揭示了其三大应用优势：1）通过W/Re元素掺杂可调控热稳定性；2）各向异性光学响应适用于偏振敏感器件；3）宽谱域（紫外-极紫外）光调控能力。这些发现为设计耐高温航天光学窗口、高能激光防护涂层提供了新思路，相关成果发表于《Vacuum》期刊。