Insight into Two-Dimensional Borophene: Five-Center Bond and Phonon-Mediated Superconductivity

硼酚 超导电性 材料科学 非谐性 声子 凝聚态物理 离域电子 石墨烯 从头算 电子结构 单层 化学键 费米能级 化学物理 纳米技术 电子 物理 量子力学
作者
Zhibin Gao,Mengyang Li,Jian‐Sheng Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:11 (50): 47279-47288 被引量:22
标识
DOI:10.1021/acsami.9b17896
摘要

We report a previously unknown monolayer borophene allotrope and we call it super-B with a flat structure based on ab initio calculations. It has good thermal, dynamical, and mechanical stability compared with many other typical borophenes. We find that super-B has a fascinating chemical bond environment consisting of standard sp, sp2 hybridizations, and delocalized five-center three-electron π bond, called π(5c–3e). This particular electronic structure plays a pivotal role in stabilizing the super-B chemically. By extra doping, super-B can be transformed into a Dirac material from pristine metal. Like graphene, it can also sustain tensile strain smaller than 24%, indicating superior flexibility. Moreover, due to the small atomic mass and large density of states at the Fermi level, super-B has the highest critical temperature Tc of 25.3 K in single-element superconductors at ambient conditions. We attribute this high Tc of super-B to the giant anharmonicity of two linear acoustic phonon branches and an unusually low optic phonon mode. These predictions provide new insight into the chemical nature of low dimensional boron nanostructures and highlight the potential applications of designing flexible devices and high Tc superconductor.

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