近日，ng28南宫郑强课题组联合张礼智课题组在新型超导硼化物及其三角晶格堆垛构型的原子尺度调控机理研究方面取得进展。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。这些晶格在结构中通常具有可变和可调控的堆垛方式，从而衍生出多种新结构和新物性。作为重要的无机材料，硼化物拥有多样的结构类型和丰富的物性，其结构中普遍包含过渡金属三角或正方晶格，但对这些特殊晶格堆垛方式及其与物性关联性的研究甚少。
本研究设计并采用两种不同方法成功制备了含有二维[Nb-Ir-Nb]三角晶格的新型超导硼化物Nb2IrB2（空间群Immm）。研究利用配有球差校正器的扫描透射电子显微学（STEM）并结合电子背散射衍射（EBSD）技术，对两种不同方法合成的单晶和多晶样品进行了从纳米到原子尺度的精细结构表征与分析。研究揭示了单晶中[Nb-Ir-Nb]三角晶格存在多种堆垛类型，但多晶则较少出现堆垛缺陷。第一性原理计算表明，结构中 [010] 与[1-11]两种畴界面处极低的界面能是多种堆垛类型形成的关键因素。此外，研究发现通过调整合成条件，可以有效调控这些三角晶格的不同堆垛方式。本研究为硼化物中三角和正方等晶格堆垛方式的设计与调控提供了新策略，也为硼化物新功能开发和探索开辟了重要途径。
图1：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
ng28南宫郑强研究员、张礼智研究员、上海大学傅晴俏博士为论文通讯作者，ng28南宫博士生高汉滨、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：http://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04739
