中國(guó)電子元件行業(yè)協(xié)會(huì)
China Electronic Components Association
近年來(lái)，新型二維材料硼烯（borophene）在實(shí)驗(yàn)中成功合成 （Nat. Chem. 2016, 8 (6), 563-568; Science 2015, 350, 1513）。硼烯，即單原子硼層，有著非常豐富的結(jié)構(gòu)。根據(jù)硼原子的配位數(shù)不同，可以把硼烯分成 α相, β相 和 χ相等等。 不同于石墨烯，硼烯有著比較特別的電子和輸運(yùn)性質(zhì)，比如超導(dǎo)（理論預(yù)言臨界溫度約為20 K）和狄拉克費(fèi)米子。作為唯一的單元素二維金屬材料，硼烯給研究二維金屬中的輸運(yùn)性質(zhì)提供了很好的平臺(tái)。
最近，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心SF10組博士研究生張進(jìn)在孟勝研究員的指導(dǎo)下與英國(guó)牛津大學(xué) Feliciano Giustino教授，帝國(guó)理工大學(xué)Johannes Lischner博士，美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Sergei Tretiak教授、周柳江博士等合作，運(yùn)用基于第一性原理的電聲耦合計(jì)算方法系統(tǒng)地研究了硼烯三種相的本征電子輸運(yùn)性質(zhì)。在室溫下，β12相硼烯的電阻率大約為3.52μΩ*cm，這跟已知的最好導(dǎo)體——石墨烯的室溫電阻（1.0 μΩ*cm）在一個(gè)數(shù)量級(jí)上。
更重要的是，他們發(fā)現(xiàn)硼烯的電阻呈現(xiàn)出奇特的統(tǒng)一標(biāo)度律。在低溫下（<100 K），硼烯本征電阻與溫度四次方成正比；而高溫時(shí)（>100 K），硼烯的本征電阻與溫度成正比（圖1）。不同結(jié)構(gòu)、不同電子濃度的硼烯轉(zhuǎn)變溫度均在100K左右，相比之下石墨烯的轉(zhuǎn)變溫度在100 K-900 K之間變化。這些行為來(lái)自于硼烯奇特的費(fèi)米面，即大區(qū)域電子口袋、小區(qū)域電子口袋和空穴口袋共存，可以用Bloch-Grüneisen 模型來(lái)描述。此外，他們還發(fā)現(xiàn)硼烯的電阻很容易受到外加載流子的調(diào)控。外加空穴可以增高電阻達(dá)四倍以上（圖2）。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)二維硼層在未來(lái)新型電子學(xué)中的應(yīng)用有著很重要的參考價(jià)值。相關(guān)研究成果發(fā)表在Angew. Chem. Int’l. Ed. 上（Zhang et al. Angew. Chem. Int’l. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201800087）.
本項(xiàng)研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)11774396, 11474328 和 11290164）、科技部（項(xiàng)目批準(zhǔn)號(hào)2016YFA0300902 和 2015CB921001)、中國(guó)科學(xué)院（XDB07000000）和北京市科委（D161100002416003）的資助。
文章鏈接：http://www.iop.cas.cn/xwzx/kydt/201803/P020180329378401892199.pdf
