Novel superhard boron-rich nitrides under pressure

富硼化合物通常为潜在的超硬材料, 尽管之前的研究提出了 不同晶型的BN超硬材料, 但尚未发现超硬的富硼氮化物. 本文采用 基于粒子群优化算法的结构预测方法, 结合第一性原理计算, 对富 硼氮化物在压力下的稳定成分及结构进行系统研究. 结果表明, 在 B4 N、B6 N和B8 N中, 硼原子都能够形成B 12 二十面体. 在0–20 GPa压 力范围内, B6 N是热力学稳定的, 而B4 N和B8 N是亚稳的. 电子性质 计算表明, 预测的Cmca B6 N和Immm B6 N为半导体, 其他均为金属. 声子和弹性常数计算表明, 所有预测结构都具有动力学稳定性和 机械稳定性. 值得关注的是, B4 N和B6 N的维氏硬度分别为45和 42 GPa, 表明其为潜在的超硬材料. 此研究丰富了B-N体系相图, 并 为实验上探索超硬材料提供了丰富的理论指导.