Npj:李登峰教授和其他重要发现——2D材料的极高热导率和异常应力效应

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原子级薄二维(2D)材料如石墨烯、过渡金属二硫化物、六方氮化硼和黑磷烯可以为各种应用领域提供巨大的机会，包括纳米电子、光电子、可再生能源和散热，从而引起基础科学和工程应用领域的广泛兴趣。人们热切期待在不久的将来用这些材料实现原子级的薄器件

，但是随着运算速度和集成密度的快速增加，集成纳米器件的功耗和性能也将快速增加。因此，基于有限体积2D材料的器件的局部加热将成为一个重要问题显然，其应用的关键是充分揭示2D材料的导热机理，提高2D材料的热性能。固体中的热能由声子和电子携带，但是在大多数2D材料中，电子对热传导的贡献比声子小得多那么，是否有一种2D材料同时具有高电子热导率和高声子热导率呢？硼在元素周期表中与碳相邻。有没有一种由硼制成的2D材料比石墨烯具有更高的热导率？

重庆邮电大学李登峰教授课题组和新加坡高性能计算研究所张刚教授课题组基于第一性原理和非平衡格林函数方法研究了类石墨烯硼氢化物的弹道热输运性质。给出了声子和电子对热导率的贡献。发现类石墨烯硼氢化物具有较高的声子热导率和电子热导率，声子热导率为4.07nWK-1nm-2，与石墨烯(4.1nWK-1nm-2)相似。电子热导率几乎是石墨烯的10倍，因此类石墨烯硼氢化物的总热导率是石墨烯的2倍，石墨烯是目前报道的热导率最大的材料。此外，他们还研究了应变对类石墨烯硼氢化物热传输性能的影响。在费米表面上，沿扶手椅方向的拉伸应变将产生更高密度的电子态，从而有效地引入更多的电子态，导致电子热导率的增加。此外，在这个方向上电子热导率的增加弥补了声子热导率的减少，因此总热导率随着拉伸应变的增加而增加。相反，当16%的应变以之字形方向施加时，将产生带隙，从而完全“关闭”电子通道，导致零电子热导率。这与扶手椅方向的应变效应相反。

这篇文章最近发表在《NPJ计算材料》5: 47 (2019)上。英文标题和摘要如下。点击左下角的“阅读原文”，自由获取文章的PDF格式

氢化石墨烯类硼苯

加合、*、严颖、冯春宝、、、钟、周航波、、*

中与异常应变依赖相关的轨道驱动巨热导固体中的热能由声子和电子携带。然而，在大多数二维(2D)材料中，电子对总热传导的贡献远远低于声子。本文通过第一性原理计算结合非平衡格林函数理论，研究了新合成的2D硼化氢的电子和声子热导率。具有桥接氢原子的六边形硼网络显示出与石墨烯(4.1 nWk 1n m2)相当的晶格热导率(4.07 nWk 1n m2)和类似的电子热导率(3.6 nWk 1n m2)，几乎是石墨烯的十倍。结果，2D硼化氢的总热导率约为石墨烯的两倍，是所有已知2D材料中的最高值。此外，沿扶手椅方向的拉伸应变导致载流子密度的增加，显著地增加了电子热导率。电子热导的增加抵消了声子热导的减少，导致热导的异常增加。我们证明高电子密度控制着2d氢硼化物的极高热导率，这在2d材料中是独特的。

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