'Hopelessly attached': Scientists discover new 2D material that sticks the landing

与诸如铜基底上的石墨烯等体系（其中原子可能扩散到基底中而不形成明确的合金）不同，此处的硼原子形成了明确的二维硼化铜——一种具有独特原子结构的新化合物。这项由莱斯大学和西北大学研究人员发表于《科学进展》的发现，为探索相对未被开发的二维材料类别奠定了基础。

"硼墨烯仍是一种处于存在边缘的材料，任何关于它的新事实都具有重要意义，能推动我们在材料、物理和电子学领域的认知边界，"莱斯大学卡尔·哈塞尔曼工程教授、材料科学与纳米工程及化学教授雅各布森表示，"我们最早的理论分析就曾警示：在铜基底上，硼的结合力会过强。如今十多年后，事实证明我们是对的——但结果并非硼墨烯，而是完全不同的产物。"

先前研究成功在银和金等金属上合成了硼墨烯，但铜基底上的情况始终悬而未决且存在争议。部分实验暗示硼可能在铜上形成多晶型硼墨烯，而其他研究则认为可能发生相分离成硼化物，甚至成核为块状晶体。要厘清这些可能性，需要结合高分辨率成像、光谱学和理论建模进行独特的精细研究。

"我的实验合作者最初观察到的是这些丰富的原子分辨图像和光谱特征图案，需要耗费大量精力进行解读，"雅各布森解释道。

这些研究揭示出周期性的锯齿状超结构以及独特的电子特征，二者均显著区别于已知的硼墨烯相。实验数据与理论模拟的高度吻合，有助于解决关于铜基底与生长室近真空环境界面处形成材料本质的争论。

尽管硼化铜并非研究人员原本计划制备的材料，但其发现为理解硼在二维环境中如何与不同金属基底相互作用提供了重要见解。这项工作拓展了原子级薄金属硼化物材料形成的知识领域——该领域可为未来相关化合物的研究提供信息，包括具有已知技术关联性的化合物（如超高温陶瓷中的金属硼化物），这些材料在极端环境和高超音速系统中极具应用价值。

"二维硼化铜很可能仅是众多可实验实现的二维金属硼化物之一。我们期待探索这个二维材料新家族，其在电化学储能至量子信息技术等应用领域具有广阔潜力，"该研究的共同通讯作者、西北大学沃尔特·墨菲材料科学与工程教授马克·赫萨姆表示。

该发现紧随莱斯大学同一理论团队的另项硼相关突破。在发表于《ACS纳米》的另一研究中，研究人员证明硼墨烯可与石墨烯等二维材料形成高质量的横向边缘连接，其电接触性能甚至优于'块状'金。两项发现的并列凸显了原子尺度硼研究的双重性：其多功能性可催生惊人结构，但也导致控制难度增大。

"我们最初在实验数据中看到的图像相当神秘，"雅考布森描述道，"但最终所有线索都完美吻合并给出逻辑解释——金属硼化物，惊喜发现！这起初出乎意料，但现已尘埃落定——科学可继续向前推进。"

本研究由美国海军研究办公室（N00014-21-1-2679）、国家科学基金会（DMR-2308691）和美国能源部（2801SC0012547）资助。本文内容完全由作者负责，不一定代表资助机构和组织的官方观点。