由于奇特的几何结构以及力学、电子结构等性质，由开罗五角组成的二维材料引起越来越多的研究关注。文章基于第一性原理计算和从头算分子动力学模拟，对五角CN₂进行再认识。研究结果发现，五角CN₂具有极好的稳定性，其熔点高达2500K。此外，在其熔化状态下仍然可以保持非晶的C-N网络，这使得五角CN₂可能是一种潜在航空涂层材料。受其良好应用前景的鼓舞，本工作提出了五角CN₂的实验合成条件。具体而言，Nb（100）表面是一种潜在的衬底，甲烷和联氨可以在T=1600K下作为碳源和氮源，压力条件为p(H₂)=p(N₂H₄)=4×10⁻⁴bar，p(CH₄)=(10-100)p(H₂)。此外，电-力学性能计算还表明，五角CN₂具宽范围的负泊松比和空穴掺杂引起的顺磁绝缘体到铁磁半金属的跃迁。该研究对二维开罗五角CN₂材料有了新的认识，同时为其实验合成提供理论指导。

(a)二维penta-CN₂结构及其衬底Nb(100)表面 （b）分子动力学模过程中sin库伦矩阵模随温度的变化 （c）各向异性杨氏模量及泊松比依赖关系(d)碳、氮化学势调节CN₂的Gibbs自由能(e)二维CN₂剥离能及其剥离强度

该成果以“Penta-CN₂revisited: Superior stability, synthesis condition exploration, negative Poisson’s ratio and quasi-flat bands”为题，于2022年2月5日发表在《Applied Surface Science》期刊上。文章第一作者兼第一通讯作者为物理系汪海迪副研究员，第二作为物理系陈昭老师。

上述工作得到中央高校基础科研项目和国家自然科学基金项目资助。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.152536