MBene（MnB）：一种具有高居里温度的新型二维金属铁磁体

研究摘要

从大块MAX相剥离的MXenes已成为有前途的二维材料。受最近制备的结晶三元硼化物(MAB相)的启发，大连理工大学姜老师课题组将MXenes家族扩展到硼化物世界，即MBenes。通过ab initio高通量搜索，我们确定了现实中可能存在的12个稳定的MBene纳米片。其中，MnB片具有较强的金属铁磁性和较高的居里温度，是自旋电子学的理想研究对象。值得注意的是，在表面F-和OH-官能团的帮助下，可以很好地保持铁磁基态，居里温度甚至可以提高到255 K。确定了MnB板材的热稳定性和机械稳定性，并通过理想断裂强度评估了其从大块三元硼化物中机械剥离的可能性。一旦预测的MnB和其他MBene板的合成，将开辟二维材料和器件的新途径。图文导读

图1. (a)二维MnB板的俯视图和侧视图，a和b为点阵参数，h为层厚。(b)电子定位函数图(ELF)位于(0 -1 -6)具有从0到1的比例尺的平面。(c)等面MnB板的变形密度为0.01 e Å -3。黄色和青色区域分别表示电子的积累和损耗。(d)等面为0.75的自旋极化分布。黄色表示网自旋向上极化，自旋极化主要发生在Mn位。

图2. (a)计算得到的mn2alb2的应力应变曲线及ELF轮廓图和(b)投影在含有Mn和Al原子的平面上[0001]拉伸应变为1%，18%和30%。

图3.中MnB片的原子投影和轨道投影带结构自旋向上和自旋向下通道，费米能级设置为零。

图4. MnB和MnBF的原子投影和轨道投影态密度表和费米能级都设为零。

图5 .MnB中Mn原子现场磁矩随温度的变化(蓝色)，MnBF(绿色)、MnBOH(红色)片材。

图6. (a)和(b)为MnBX (X= F或OH)结构的侧视图和俯视图形成和相应的自旋极化带结构。

总结

总之，受实验获得的3D MAB相的激励，我们探索了其2D MBene类似物的几何、电子和磁性。以MnB为例，其较低的断裂强度、较高的热、动力和力学稳定性证实了其从三维晶体剥离到二维层是可行的。二维MnB MBene板及其功能化产物在室温(345 ~ 600 K)以上的居里温度下表现出金属铁磁性行为，其铁磁性和金属丰度主要来自p-d杂化机制和晶体场劈裂。重要的是，高温铁磁性金属的特性对其化学官能化不敏感。这些优点使二维MnB MBene成为一种有前途的自旋电子器件材料。与MXene一样，过渡金属硼化物可以形成许多可能的二维二元化合物，如MnB、HfB、ZrB、Au2B、Mo2B、Nb5B2、Nb3B4、Ta3B4、V3B4、OsB2、FeB2和RuB2片被预测为潜在的亚稳相。我们将在未来的研究中报告其卓有成效的应用。科研工作者首次将MXenes扩展到硼化物体系的成功尝试将显著促进二维材料的多样性，并鼓励科学家在未来设计和合成那些。