物理所等发现二维硼烯本征电阻的统一标度率

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近年来，新型二维材料硼烯（borophene）在实验中成功合成。硼烯，即单原子硼层，具有非常丰富的结构。根据硼原子的配位数不同，可以把硼烯分成α相、β相和χ相等。与石墨烯不同，硼烯有着较为特别的电子和输运性质，比如超导（理论预言临界温度约为20K）和狄拉克费米子。作为唯一的单元素二维金属材料，硼烯给研究二维金属中的输运性质提供了良好的平台。

　　近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心表面物理国家重点实验室SF10组博士研究生张进在研究员孟胜的指导下，与英国牛津大学教授Feliciano Giustino、帝国理工大学博士Johannes Lischner，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室教授Sergei Tretiak、博士周柳江等合作，运用基于第一性原理的电声耦合计算方法，系统地研究了硼烯三种相的本征电子输运性质。在室温下，β12相硼烯的电阻率约为3.52μΩ*cm，这跟已知的最好导体——石墨烯的室温电阻（1.0μΩ*cm）在一个数量级上。

　　该研究发现硼烯的电阻呈现出奇特的统一标度律。在低温下（＜100K），硼烯本征电阻与温度四次方成正比；而高温时（＞100 K），硼烯的本征电阻与温度成正比。不同结构、不同电子浓度的硼烯转变温度均在100K左右，相比之下石墨烯的转变温度在100K-900K之间变化。这些行为来自于硼烯奇特的费米面，即大区域电子口袋、小区域电子口袋和空穴口袋共存，可以用Bloch-Grüneisen模型来描述。研究还发现硼烯的电阻很容易受到外加载流子的调控，外加空穴可增高电阻达四倍以上。该研究对二维硼层在未来新型电子学中的应用具有重要参考价值。

　　相关研究成果发表在《德国应用化学》上。该研究得到了国家自然科学基金委、科技部、中科院和北京市科委的资助。

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图1.硼烯本征电阻在不同温度下的行为