摘要：现代技术的进步与半导体材料的发展密不可分。然而，目前的三代半导体材料仍然存在一些局限性，例如在可见光吸收和载流子迁移率等方面表现有限，或者成本高昂、涉及有毒元素。因此，科学家们亟需探索具有高性能和环保特点的新型半导体材料。

现代技术的进步与半导体材料的发展密不可分。然而，目前的三代半导体材料仍然存在一些局限性，例如在可见光吸收和载流子迁移率等方面表现有限，或者成本高昂、涉及有毒元素。因此，科学家们亟需探索具有高性能和环保特点的新型半导体材料。

铝作为地壳中最丰富的金属元素，其成本低且无毒，为研究新型铝基化合物提供了天然优势。近日，一项关于新型半导体材料Al₂B₁₂C的研究成果发表在《美国化学会志》上，展示了其在电子和光伏领域的潜在应用价值。该研究由来自多所科研机构的团队共同完成，为当前半导体材料的发展提供了重要参考。

本研究采用了先进的计算方法，包括利用CALYPSO在10 GPa压力下进行结构预测，结合密度泛函理论（DFT）对化合物进行优化和电子特性分析。动力学稳定性通过声子谱计算和从头算分子动力学（AIMD）模拟验证，确保Al₂B₁₂C在广泛条件下的稳定性。载流子迁移率分析采用AMSET工具包，通过Boltzmann输运方程计算并综合考虑离子杂质散射、声学变形势散射和极化光学声子散射等主要机制。电子带结构与光学性能则通过HSE06混合泛函计算，并结合G0W0近似与Bethe-Salpeter方程（BSE）进一步验证光吸收能力。化学键特性分析采用SSAdNDP方法揭示了材料的多中心键特性和结构稳定性。这些方法的综合应用为Al₂B₁₂C的优异性能提供了强有力的理论支持。

Al₂B₁₂C是一种基于B-C框架的化合物，采用独特的非笼状结构，C原子通过准sp³杂化键合至四个B₁₂单元的顶点。该框架结构为材料的高热稳定性和硬度提供了支持。模拟计算表明，Al₂B₁₂C在室温及较高压力下均能保持动态和热稳定性。

在室温和10¹⁶ cm⁻³载流子浓度下，Al₂B₁₂C的双极迁移率可达2095 cm²/V·s，超越了被认为是顶级双极迁移率材料的立方氮化硼砷（BAs）的1600 cm²/V·s。这种优异性能得益于其独特的化学键合特性，电子传输来源于B₁₂单元的π电子，而空穴传输则通过C原子与Al原子形成的C-Al-C通道实现。

Al₂B₁₂C在可见光范围内的吸收系数高达10⁵ cm⁻¹，显著高于硅（Si）、氮化镓（GaAs）等传统半导体材料。这一特性使其成为光伏太阳能电池和光电子器件的理想候选材料。

该材料不仅展现出优异性能，还具备环保特点。其主要组成元素铝和硼在地球上储量丰富，材料合成过程避免了有毒元素的使用，为大规模应用提供了现实可能。

来源：JAX的科技小讯