燕山大學高壓科學中心田永君院士團隊與國內外研究人員通力合作，通過高溫高壓熔融法，成功合成由不互溶元素銅和硼組成的新型陶瓷材料。相關成果以“硬且特別導電的銅硼化合物”為題發表于物理學頂級期刊《Physical Review Letters》。論文鏈接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.136301。

金屬硼化物是一類具有強耐磨性、抗腐蝕性、耐高溫、高硬度的多功能陶瓷材料，在化工、醫藥、冶金、國防等部門廣泛使用。盡管硼在高溫下能與絕大多數金屬反應，但未見關于IB族(銅、銀、金)金屬硼化物的報道。銅(Cu)和硼(B)作為不互溶元素的代表，只有少數關于銅-硼固溶體的報道，例如CuB~??和CuB~??，源于硼和這些金屬具有相近的電負性和較大差別的原子半徑，兩者之間電荷轉移困難，不能形成具有精確化學計量比的化合物。直至2021年，周向鋒、徐波等人通過分子束外延生長技術(MBE)首次成功合成二維銅硼化合物Cu?B??[Fundam. Res. 1, 482 (2021)]，證實銅原子與硼原子在極端條件下可以形成化學鍵。受此啟發，周向鋒、徐波、田永君等在高溫高壓下合成并表征了新型三維銅硼化合物Cu?.??B??，發現它是一個既硬又導電的新陶瓷材料。其測量的維氏硬度~27 GPa，室溫電導率可達10?S/m，在所有以B??二十面體為結構基元的硼化物中電導率最高。不僅如此，Cu?.??B??在低溫常壓下，或低溫高壓下，發生金屬-絕緣體轉變。且在30 GPa左右，發生導電類型轉變 (p-n轉變)，實驗證明這些現象均源于電子相變，和結構相變無關。因此，新型銅硼化合物不僅在常壓下具有優異的物理性質，并且在極端條件下表現出豐富的量子行為。鑒于它優異的導電性和三維硼網格本征的低熱導率，該材料可能在熱電轉化領域具有重要應用前景。

該工作得到國家自然科學基金基礎科學中心項目、國家杰出青年科學基金、國家重點研發計劃等項目資助，其成果已申請發明專利。論文共同第一作者為燕山大學理學院博士生黃明星和材料科學與工程學院范長增，通訊作者為周向鋒和田永君。