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图. 二维反范特霍夫/勒贝尔阵列AlB6−ptAl−array纳米片
在国家自然科学基金项目（批准号：21873032，21673087）资助下，华中科技大学杨利明研究员团队综合运用晶体结构搜索，第一原理计算和分子动力学模拟等多种方法系统深入地研究了二维AlB6纳米片的晶体结构及特性。研究成果于2019年1月29日以“Two-Dimensional Anti-Van’t Hoff/Le Bel Array AlB6 with High Stability, Unique Motif, Triple Dirac Cones, and Superconductivity”（具有高稳定性、独特几何结构、新奇三重狄拉克锥和狄拉克节点环、以及超导电性的二维反范特霍夫/勒贝尔阵列AlB6−ptAl−array纳米片）为题，在线发表在国际著名期刊J. Am. Chem. Soc.（《美国化学会志》）上。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b13075。
自2004年石墨烯被发现以来，已实验制备诸多二维材料。但是每种二维材料都有各自的局限性，相应的应用范围和领域受到很大程度的限制。因而迫切需要设计和研发具有稳定性高、拓扑结构独特、性质奇异的新型多功能二维材料。
近日，杨利明团队通过多种理论计算表征发现2D AlB6纳米片是一种极具前景且非常罕见的新型二维材料。全局最稳定结构AlB6−ptAl−array是一个极其罕见的平面四配位铝（ptAl）阵列夹在两个褶皱硼单层之间所形成的高度有序、紧密排列的稳定结构，分子动力学模拟表明AlB6−ptAl−array可在高温（2080 K）下稳定存在。力学性能比石墨烯优越，其面内杨氏模量比石墨烯大很多。同时，电子结构计算表明，AlB6−ptAl−array是狄拉克费米子金属性材料，具有三重狄拉克锥，并耦合成狄拉克节点环。更意外的是，AlB6−ptAl−array具有超导电性，Tc为4.7 K，令人惊奇的是，在12%的拉伸应变下，Tc大大升高到达30 K，远高于液氢的温度。化学键分析表明铝和硼之间主要是离子键，也包含一部分共价键，但是硼和硼之间主要是共价键。除了全局最稳定结构AlB6−ptAl−array之外，还预测了一系列亚稳态结构，分子动力学模拟和声子谱计算表明这些亚稳态结构能够稳定存在。总的来说，二维AlB6纳米片呈现丰富的结构多样性，其化学环境有多种配位模式（包括四、五、六、七、八）。这些优异性能为二维AlB6纳米结构通向纳米电子学和纳米力学、甚至超导电子学的应用奠定基础。非常高的稳定性预示着这些新预测的AlB6二维纳米片结构有望在实验上被制备出来，并用于纳米电子器件，力学器件，超导体等相关领域。该工作为二维铝硼材料开辟了一个新分支，同时，也为二维反范特霍夫/勒贝尔阵列结构的研究开辟了一个新领域。有望对理论预测和实验制备新型多功能二维材料的研究起到积极的促进和推动作用。