在尋找新的超硬化合物時，研究人員對穩定的硼化鉬及其晶體結構進行了預測。他們發現，最高的硼化物每個鉬原子包含4至5個硼原子。MoB5的估計維氏硬度為37至39 GPa，這使其成為潛在的超硬材料。該研究發表在《The Journal of Physical Chemistry Letters》上。
       此前，由莫斯科物理技術學院（MIPT）的Artem Oganov教授領導的一組研究人員在《Journal of Applied Physics》雜志上發表了一項研究，綜合整理了可能具有工業應用潛力的超硬材料清單。該清單是使用進化算法USPEX、維氏硬度（在材料中留下金字塔形壓痕所需的壓力）和斷裂韌性（材料抵抗斷裂傳遞的能力）的新模型制成的，被稱為“寶藏圖譜”，供作者使用。
       在這份新論文中，來自莫斯科Skoltech大學、莫斯科物理與技術研究所、美國AM普羅霍羅夫RAS通用物理研究所、Pirogov俄羅斯國立醫科大學和中國西北工業大學的科學家研究了地圖上的硼化鉬區域。過渡金屬硼化物在技術應用中是傳統硬質合金和超硬材料的潛在替代品。與廣泛使用的金剛石和立方氮化硼不同，過渡金屬硼化物的合成不需要高壓，因此生產成本較低。

超硬材料圖譜

       由于電子相互排斥，金屬原子的高價電子密度可抵抗壓縮，而共價硼-硼和硼-金屬鍵可抵抗彈性和塑性變形。
       “通常將模擬的X射線衍射（XRD）圖與實驗的圖進行比較，以確定預測的結構是否與實驗結構兼容。但是，考慮到過渡金屬硼化物，例如硼化鉬，XRD圖只能顯示來自較重原子的信號，而較輕的硼原子的位置基本上是不可見的，這就是為什么僅基于實驗數據的晶體結構模型通常不現實且不穩定的原因，因此，確定晶體結構的全面方法需要最先進的理論計算方法。”Skoltech和MIPT的資深研究員Alexander Kvashnin說道。
       發現五硼化鉬MoB5是穩定的最高硼化物，但是，模擬的X射線衍射圖案與實驗數據接近但不完全相同。預測的五硼化物具有一些在實驗中未觀察到的弱峰。這暗示了實驗樣品中較高的對稱性。這種新化合物的關鍵結構元素是在石墨烯樣層中的硼原子、鉬層和硼原子的三角形排列。硼和鉬原子交替排列，一些Mo原子被均勻分布在整個晶體體積中的B3三角形取代。
       “我們提出了一個假設，即最高硼化物的結構是無序的，并且硼三角形在統計學上取代了鉬原子。為了證明這一點，我們開發了一種晶格模型，使我們能夠定義控制硼單元應如何定位于其上的規則。"論文的第一作者，Skoltech和AM Prokhorov通用物理研究所研究員Dmitry Rybkovskiy說。

MoB5-x晶體中的原子排列

       通過對鉬原子和硼三角的位置進行蠻力搜索，對不同的變體進行采樣，發現了與穩定性有關的模式。穩定相每一個金屬原子中含有4～5個硼原子，MoB4.7是這類化合物中最穩定的，并且與實驗的X射線衍射圖樣匹配度最好。
       "這項研究是理論和實驗之間相互作用的一個有趣的例子。理論預測了一種表現出奇特特性和新結構的化合物，但實驗表明，實際材料更加復雜，其結構部分無序。我們根據這些發現所制定的理論，使我們能夠重現所有的實驗觀察結果，了解這種材料的確切成分和結構，以及它的詳細特性。特別是，計算出的硬度接近于超硬材料的范圍。"Skoltech和MIPT的教授、研究團隊的負責人Artem Oganov說。
       超硬材料具有廣泛的工業應用，如機床制造、珠寶或采礦等。它們被用于切削、拋光、研磨、鉆孔，因此尋找新的超硬化合物是一項重要任務。
       論文標題為《Structure, Stability, and Mechanical Properties of Boron-Rich Mo–B Phases: A Computational Study》