硼烯纳米带：一种新型二维结构材料的电学和磁学特性

内容简介

硼烯是由单层硼原子构成的一种新型二维结构，在超高真空条件下已经在实验室制备出来了。硼烯纳米带（BNR）是一种一维结构，相对于二维硼烯，具有不同的电、磁、光学性能。伊朗的Meysam Bagheri Tagani等人用密度泛函理论等方法，研究了沿二维硼烯纳米片单向剪切后纳米带的电磁性能。计算结果表明，硼烯纳米带显示出金属型导电特征，与最近报道的实验结果相符合。X型纳米带的边缘具有电荷累积效应，可作为一种潜在的气体传感材料，而其磁性能依赖于其剪切方向和边缘结构。Y型纳米带具有较强的自旋各向异性，在自旋电子学方面具有应用前景。

文章发表于Nano-Micro Letters期刊2018年第10卷第1期，详情请阅读全文，可免费获取。本文也在微信(nanomicroletters)、微博(纳微快报NML)、科学网博客、Facebook、Twitter等期刊新媒体推出，请大家多关注和阅读。早期的微信推文请关注网站（http://nmsci.cn）。

文章题目：Edge-Dependent Electronic and Magnetic Characteristics of Freestanding b12-Borophene Nanoribbons

关键词：硼烯纳米带，电磁性能，密度泛函理论

引用信息：Sahar Izadi Vishkayi . Meysam Bagheri Tagani,Nano-Micro Lett. (2018) 10: 14.

https://doi.org/10.1007/s40820-017-0167-z

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图文导读

图1：独立β12-硼烯纳米带框架，由a和b向量组成的矩形内是一个单元（左图），独立β12-硼烯纳米带的带结构（右图）

图1显示了一个优化的β12-硼烯纳米带晶胞中有五个硼原子，晶格常数等于a＝5.15°，b＝2.97°，这与之前的样品（2, 3, 5）吻合的很好。该薄片具有均匀的空位，补偿硼原子的电子缺陷，使结构稳定。优化后的NUVXBNRs分析表明，所有的结构都是正常的金属，边缘无磁化。

图2：a）13AAXBNR的结构, b）13BBXBNR的结构,c）14ABXBNR的结构，d）结合能。虚线矩形显示每个带单元

图像显示：NAAXBNRs具有最低的能量，他们的结合能甚至低于(N – 1)ABXBNR。色带宽度的增加引起了结合能的增加

图3：11AAXBNR, 13AAXBNR,和15AAXBNR的a)电子密度，b)电子局域函数（ELF）

图像显示（图3a）：电子在色带的边缘堆积，主要原因是边缘原子的低配位，原子的边缘钝化可以消除电荷积累。研究发现，整体吸收破坏边缘吸收，去除电子堆积并保持其初始构型。

图4：11BBXBNR, 13BBXBNR和15BBXBNR的电子密度

图5：11AAXBNR, 15AAXBNR, 11BBXBNR和15BBXBNR的能带结构与传输通道

图像显示：所有的结构都是金属。通过计算特定能量的能带来计算传输信道。传输通道可以看作是在低温和完美耦合下的传输系数。

图6：10ABXBNR, 12ABXBNR和14ABXBNR的电子密度（上面板）、能带结构和传输通道（下面板）

图像显示：NABXBNRs的电子密度和能带结构。由A型和B型边组成，电子的积累是A型边观察，AB边带也是金属，它们的传输通道随带状宽度的增加而增加。

图7：每个NYuvBNRs原子总能量

图8：20YBNR同素异形体的a) 电子局域化函数，b)自旋密度。等值0.05

图像显示：图8a是20YBNR同素异形体的电子定位功能，很明显，边缘显著地影响电子的局域化。电子被局限在20Y15和20Y12两边，导致结构的磁化。相反，电子密度分布的两个硼原子之间在20Y32BNR边缘，特别是在六方孔的边缘。我们发现六边形孔的边缘是非磁性的，而完全占据六角环的是磁性的。最高的电子定位是20Y21，因此，它的磁态和非磁态之间的能量差更高。对于磁态，我们考虑了具有相同自旋方向的两条铁磁和反铁磁（相反的多数自旋方向的两条边）的构型，发现它们都是兼并的。图8b是20YBNR同素异形体的自旋密度，磁力矩最大值等于0.58IB，各向异性直接依赖于结构的各向异性和两条边的键长不等。

图9：22Y51, 23Y13和24Y31的a) 电子局域化函数，b)自旋密度。等值0.05

图像显示：图9a, b 分别显示了铁磁结构中的ELF和自旋密度。ELF显示了为什么这些丝带是磁性的，在两个边缘都观察到电子局域化。

图10：在反铁磁（AFM）和铁磁（FM）结构中，a) 22Y51BNR，b )23Y13BNR，c) 24Y31BNR的自旋能带结构。还绘制了每个结构的态密度。斜线显示了由磁矩最高的边原子而产生的谱带。虚线是向下旋转，实线是旋转的。

图像显示：自旋各向异性引起了反铁磁结构中能带结构的自旋分裂，虽然人们期望能带结构在反铁磁结构中变成自旋简并，但结构的各向异性会破坏兼并，自旋能带变为自旋相关。结果表明，在结构上切割B12不会引起带隙。因此，所有的带都是金属，这与最近的实验结果吻合得很好

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