国家纳米科学中心在硼化物三角晶格堆垛构型调控方面取得进展

近日，国家纳米科学中心的郑强团队与张礼智团队在探索新型超导硼化物及其三角晶格堆垛结构在原子尺度上的调控机制方面取得了新的研究进展。研究成果以“Superconducting boride Nb2IrB2 with variable and tunable stacking behaviors of two-dimensional [Nb-Ir-Nb] triangular lattices”为题，在线发表于《纳米快报》（Nano Letters）。

    含三角（triangle）、正方（square）、六角蜂窝（honeycomb）、笼目（kagome）等特殊几何构型晶格的化合物通常展现出超导、磁性、拓扑等诸多奇特的物理化学性质。这些晶格在结构上往往展现出可变且可调节的堆叠模式，进而产生了众多新颖的结构和物理性质。作为一种关键的无机材料，硼化物具备多种结构形态和丰富的物理特性，其结构普遍嵌入过渡金属的三角或正方形晶格。然而，对于这些特定晶格的堆叠方式及其与物理性质之间关系的探究却相对较少。

    在本研究中，我们通过两种不同的方法成功合成了含有二维[Nb-Ir-Nb]三角晶格的新型超导硼化物Nb2IrB2（空间群Immm）。利用配备球差校正的扫描透射电子显微镜（STEM）以及电子背散射衍射（EBSD）技术，我们对通过这两种方法制备的单晶和多晶样品进行了从纳米到原子级别的细致结构表征与分析。研究显示，单晶中的[Nb-Ir-Nb]三角晶格呈现出多种堆垛变异，而多晶样品则相对较少出现堆垛缺陷。基于第一性原理的计算指出，结构中[010]和[1-11]两种畴界面处极低的界面能是导致多种堆垛变异形成的关键。此外，研究还发现，通过改变合成条件，可以有效地控制这些三角晶格的不同堆垛模式。这项研究为硼化物中三角和正方形等晶格堆垛方式的设计与调控提供了新的策略，并且为硼化物新功能的开发与探索指明了重要的方向。

新型超导硼化物Nb2IrB2中的二维[Nb-Ir-Nb]三角晶格及其原子尺度不同堆垛构型

国家纳米科学中心郑强研究员、张礼智研究员、上海大学傅晴俏博士为论文通讯作者，国家纳米科学中心博士生高汉滨、特别研究助理宋洋、博士生郭宁为论文的共同第一作者。该研究工作得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院战略性先导科技专项B类的资助。论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04739