通过选择性轨道耦合在单层 BNC 合金中实现固溶度的巨大增强
材料科学
2020-02-12 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
固溶度(SS)是合金最重要的特征之一,通常难以通过外部手段在整个合金浓度范围内大幅调控。某些本应具有优异物理性质的合金,可能因较差的 SS 而变得用处不大,例如单层 BNC [(BN)1-x(C2)x] 合金的情况。迄今为止,在整体 x 范围内显著增强 (BN)1-x(C2)x 的 SS 的有效方法仍然缺乏。本文提出一种由特定衬底介导的高能错键态与表面态之间的选择性轨道耦合新机制,以稳定错键并进而显著增强 (BN)1-x(C2)x 合金的 SS。令人惊讶的是,我们证明当 (BN)1-x(C2)x 生长在 hcp 相 Cr 上时,可在不同 x 下自发形成五种有序合金,其变价直接准粒子带隙为 1.35 至 3.99 eV。有趣的是,这些有序合金中带边附近的光学跃迁由于独特的能带结构而显著增强,并伴随在不同 x 下约 1 eV 的大幅可调激子束缚能。重要的是,无序 (BN)1-x(C2)x 合金在 Cr 衬底上于约 1200 K 的混溶温度即可形成,其带隙在整个 x 范围内可从 0 完全调至约 6 eV,该温度相较自由-standing 形式或其他衬底上的 4500~5600 K 大幅降低。我们的发现不仅可能解决 BNC 合金长期存在的 SS 问题,还可显著拓展 BNC 合金在各种光电子应用中的用途。
引用
@article{arxiv.1907.12847,
title = {Giant Enhancement of Solid Solubility in Monolayer BNC Alloys by Selective Orbital Coupling},
author = {Shiqiao Du and Jianfeng Wang and Lei Kang and Bing Huang and Wenhui Duan},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.12847},
year = {2020}
}
备注
22 pages, 5 figures