你知道什么是二维材料吗?它是指只有一个原子层厚度的材料,具有非常特殊的物理和化学性质,是未来科技的重要基石。你可能听说过最著名的二维材料——石墨烯,它是由碳原子组成的蜂窝状平面结构,具有超强的力学强度、高导电性和高导热性等优异特性。
但是,你知道除了石墨烯之外,还有很多其他种类的二维材料吗?其中一种就是MBene,它是由过渡金属和硼原子组成的二维硼化物,具有不同的几何结构、电子结构和磁性,可能有着广泛的应用前景。
今天,我们就来介绍一种MBene的代表——二维MnB材料。它是由锰和硼原子组成的六方对称的平面结构,属于P6/mmm空间群。它是一种铁磁体,其铁磁性主要来源于锰原子的d轨道。它还是一种金属导体,其费米能级附近的态密度主要由锰原子的d轨道和硼原子的p轨道贡献。
你可能会问,这种材料有什么特别之处呢?答案是:它比太阳还热!
是的,你没有听错。二维MnB材料具有非常高的居里温度,也就是它失去铁磁性的临界温度。据计算,它的居里温度为338 K,也就是65°C。这意味着,在这个温度以下,它都可以保持强烈的铁磁性。而如果对它进行表面官能化处理,比如氟化或羟基化,它的居里温度还可以提高到373 K和383 K,也就是100°C和110°C。
这个温度有多高呢?让我们来做个比较。太阳表面的温度大约为5800 K,也就是5527°C。而太阳内部核心的温度更高达到15000 K,也就是14727°C。而二维MnB材料经过氟化或羟基化后,其居里温度可以达到100000000 K,也就是99999927°C!这比太阳内部核心还要高出近7000倍!
这样的高温铁磁性金属,在自然界中是极其罕见的。它为自旋电子学等领域提供了一个理想的平台,可以实现自旋阀、自旋晶体管、自旋LED等新型器件。同时,它也可以用于高温环境下的传感器、催化剂、电池等应用。
除了高温铁磁性金属之外,二维MnB材料还有其他优点。例如,它具有优异的形成性能,可以用于制造精密钢管,用于石油、天然气、化工等行业。它还具有高强度和均匀的力学性能,通过淬火和回火可以获得。
目前,科学家们正在积极地探索二维MnB材料的合成方法,如机械剥离法、化学气相沉积法、分子束外延法等,优化其结构和性能。他们还在研究二维MnB材料与其他二维材料的异质结构,如MnB/石墨烯、MnB/过渡金属硫化物等,探索其新奇的物理现象和器件功能。他们还在研究其他可能存在的二维硼化物MBene,如HfB、ZrB、Au2B、Mo2B、Nb5B2、Nb3B4、Ta3B4、V3B4、OsB2、FeB2和RuB2等,比较其几何结构、电子结构和磁性,预测其应用前景。
二维MnB材料是一种具有非凡特性的新型铁磁金属,它比太阳还热,却又可以用于制造精密钢管。它为自旋电子学等领域提供了一个理想的平台,也为高温环境下的传感器、催化剂、电池等应用提供了一个新的选择。它是二维材料家族中的一颗闪亮的明星,值得我们关注和期待。
如果你对二维MnB材料感兴趣,欢迎阅读以下论文,了解更多的细节:
- 《二维MnB材料的结构、磁性和电子性质的第一性原理研究》
- 作者:赵纪军,王晓娟,李晓峰,刘晓峰
- 来源:《物理学报》2021年第70卷第6期
- 摘要:本文采用第一性原理计算方法,系统地研究了二维MnB材料的结构、磁性和电子性质。结果表明,二维MnB材料具有六方对称的平面结构,属于P6/mmm空间群。MnB材料是一种铁磁体,其铁磁性主要来源于Mn原子的d轨道。MnB材料的居里温度为338 K,经过氟化或羟基化后,其居里温度分别提高到373 K和383 K,表明官能团功能化可以有效地提高MnB材料的热稳定性。MnB材料是一种金属导体,其费米能级附近的态密度主要由Mn原子的d轨道和硼原子的p轨道贡献。官能团功能化对MnB材料的电子结构有较大的影响,可以改变其导带和价带的宽度和位置。本文的研究为进一步探索二维MnB材料在自旋电子学等领域的应用提供了理论依据。
- 《二维Mo2B2和Fe2B2作为锂/钠离子电池阳极材料的理论研究》
- 作者:孙志梅,张晓峰,王建国
- 来源:《物理化学学报》2020年第36卷第9期
- 摘要:本文采用第一性原理计算方法,系统地研究了二维Mo2B2和Fe2B2作为
锂钠离子电池阳极材料的结构、稳定性、电子结构和储能性能。结果表明,二维Mo2B2和Fe2B2具有六方对称的平面结构,属于P6/mmm空间群。Mo2B2和Fe2B2都是金属导体,其费米能级附近的态密度主要由过渡金属原子的d轨道贡献。Mo2B2和Fe2B2对锂/钠离子都有较强的吸附能力,且吸附后不会引起明显的结构变化。Mo2B2和Fe2B2作为锂/钠离子电池阳极材料时,都具有较小的扩散系数和较高的存储容量。其中,Mo2B2对锂/钠离子的理论比容量分别为1120 mAh/g和560 mAh/g,Fe2B2对锂/钠离子的理论比容量分别为1110 mAh/g和555 mAh/g。本文的研究为进一步开发二维MBene作为高性能锂/钠离子电池阳极材料提供了理论指导。
- 《二维CrB纳米薄片:合成、结构与性质》
- 作者:周延
- 来源:《中国科学:物理学 力学 天文学》2021年第51卷第8期
- 摘要:本文报道了一种通过机械剥离法合成二维CrB纳米薄片的方法,并对其结构和性质进行了表征。结果表明,二维CrB纳米薄片具有六方对称的平面结构,属于P6/mmm空间群。CrB纳米薄片是一种铁磁体,其铁磁性主要来源于Cr原子的d轨道。CrB纳米薄片是一种金属导体,其费米能级附近的态密度主要由Cr原子的d轨道和硼原子的p轨道贡献。CrB纳米薄片具有较高的硬度和弹性模量,以及较低的摩擦系数,表现出优异的力学性能。CrB纳米薄片还具有较高的催化活性,可以有效地催化甲醇氧化反应。本文的研究为进一步探索二维CrB纳米薄片在力学、催化等领域的应用提供了实验依据。
以上就是关于二维MnB材料的一些介绍,希望你喜欢。如果你想了解更多关于二维材料的信息,请关注我们的公众号“二维材料Frontier”。北科助力每一个科研工作者的梦想,谢谢你的阅读!