三元镁钨氮化物的块体与薄膜合成路径
材料科学
2023-10-31 v1
摘要
氮化物材料的块体固态合成通常导致热力学稳定、阳离子有序的晶体结构,而薄膜合成往往倾向于无序、亚稳相。这种二分法对于基础材料发现(其中非平衡薄膜合成方法可用于克服反应动力学势垒)和实际应用(有时需要稳定的基态结构)都不方便。在此,我们探索了尚未探明的 Mg-W-N 化学相空间,利用快速热退火来调和薄膜与块体粉末合成之间的差异。在 N 环境中由 Mg 和 W 靶进行的组合共溅射合成,在岩盐(0.1< Mg/(Mg+W) <0.9)和六方氮化硼(0.7< Mg/(Mg+W) <0.9)结构类型中产生了阳离子无序的 Mg-W-N 相。相比之下,块体合成产生了 MgWN 的阳离子有序多晶型物,其由岩盐状 [MgN] 八面体和镍线状 [WN] 三角棱柱交替层组成(记为“rocksaline”)。热力学计算证实了这些观察结果,表明 rocksaline MgWN 是稳定的,而其他多晶型物是亚稳的。我们还表明,快速热退火可以在 MgWN 化学计量比附近将无序岩盐薄膜转化为这种阳离子有序多晶型物。电子结构计算表明,这种岩盐到 rocksaline 的结构转变也应驱动金属到半导体的转变。除了揭示三个新相(岩盐 MgWN 和 MgWN、六方氮化硼 MgWN 以及 rocksaline MgWN)外,这些发现还凸显了快速热退火如何控制多晶型转变,为在未知相空间中探索热力学稳定性增添了一种新策略。
引用
@article{arxiv.2306.02233,
title = {Bulk and film synthesis pathways to ternary magnesium tungsten nitrides},
author = {Christopher L. Rom and Rebecca W. Smaha and Callan A. Knebel and Karen N. Heinselman and James R. Neilson and Sage R. Bauers and Andriy Zakutayev},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.02233},
year = {2023}
}