二維硼烯本徵電阻的統一標度率

近年來，新型二維材料硼烯（borophene）在實驗中成功合成 （Nat. Chem. 2016, 8 (6), 563-568; Science 2015, 350, 1513）。硼烯，即單原子硼層，有著非常豐富的結構。根據硼原子的配位數不同，可以把硼烯分成 α相, β相 和 χ相等等。 不同於石墨烯，硼烯有著比較特別的電子和輸運性質，比如超導（理論預言臨界溫度約為20 K）和狄拉克費米子。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性質提供了很好的平台。

最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心SF10組博士研究生張進在孟勝研究員的指導下與英國牛津大學 Feliciano Giustino教授，帝國理工大學Johannes Lischner博士，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Sergei Tretiak教授、周柳江博士等合作，運用基於第一性原理的電聲耦合計算方法系統地研究了硼烯三種相的本徵電子輸運性質。在室溫下，β12相硼烯的電阻率大約為3.52μΩ*cm，這跟已知的最好導體——石墨烯的室溫電阻（1.0 μΩ*cm）在一個數量級上。

更重要的是，他們發現硼烯的電阻呈現出奇特的統一標度律。在低溫下（100 K），硼烯的本徵電阻與溫度成正比（圖1）。不同結構、不同電子濃度的硼烯轉變溫度均在100K左右，相比之下石墨烯的轉變溫度在100 K-900 K之間變化。這些行為來自於硼烯奇特的費米面，即大區域電子口袋、小區域電子口袋和空穴口袋共存，可以用Bloch-Grüneisen 模型來描述。此外，他們還發現硼烯的電阻很容易受到外載入流子的調控。外加空穴可以增高電阻達四倍以上（圖2）。這些發現對二維硼層在未來新型電子學中的應用有著很重要的參考價值。相關研究成果發表在Angew. Chem. Int』l. Ed. 上（Zhanget al. Angew. Chem. Int』l. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201800087）.

圖1. 硼烯本徵電阻在不同溫度下的行為。

圖2. 硼烯本徵電阻受外載入流子濃度的調控。

編輯：太陽騎士07

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