科研人員發現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。硼烯，即單原子硼層，具有非常豐富的結構。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。與石墨烯不同，硼烯有著較為特別的電子和輸運性質，比如超導（理論預言臨界溫度約為20K）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良好的平台。

近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心表面物理國家重點實驗室SF10組博士研究生張進在研究員孟勝的指導下，與英國牛津大學教授Feliciano Giustino、帝國理工大學博士Johannes Lischner，美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室教授Sergei Tretiak、博士周柳江等合作，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相硼烯的電阻率約為3.52μΩ*cm，這跟已知的最好導體——石墨烯的室溫電阻（1.0μΩ*cm）在一個數量級上。

該研究發現硼烯的電阻呈現出奇特的統一標度律。在低溫下（＜100K），硼烯本徵電阻與溫度四次方成正比；而高溫時（＞100 K），硼烯的本徵電阻與溫度成正比。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100K-900K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。研究還發現硼烯的電阻很容易受到外載入流子的調控，外加空穴可增高電阻達四倍以上。該研究對二維硼層在未來新型電子學中的應用具有重要參考價值。

相關研究成果發表在《德國應用化學》上。該研究得到了國家自然科學基金委、科技部、中科院和北京市科委的資助。

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

來源：中國科學院物理研究所

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