石墨与六方氮化硼具有相同的层间距，为什么？

石墨和六方氮化硼 (h-BN) 是具有六方晶格的层状材料家族中的两个杰出成员。石墨具有非极性同核 C-C 层内键，而 h-BN 呈现出高极性 B-N 键，导致两种材料在体相形式中具有不同的最优堆叠模式。此外，组成原子的静态极化率彼此差异很大，表明层间键合的色散分量存在巨大差异。尽管存在这些重大差异，两种材料却呈现出几乎相同的层间距。为了理解这一发现，本文对两种材料的层间键合性质进行了比较研究。h-BN 中部分带电原子中心之间相互作用的完整晶格求和结果表明，单极静电对层间结合能的贡献微乎其微。发现高阶静电多极、交换和短程关联贡献在两种材料中非常相似，并且在物理相关的层间距下几乎被 Pauli 斥力完全抵消，导致对层间键合的有效贡献微乎其微。对色散能项的进一步分析表明，尽管单个原子的极化率存在巨大差异，但六方体相形式中的异核 B-N C6 系数与同核 C-C 系数非常相似，导致对层间键合的色散贡献非常相似。因此，两种材料的总结合能曲线非常相似，预测出几乎相同的层间距和非常相似的结合能。