高压与成分导向制备六方GeSn合金族的新路线
材料科学
2025-12-04 v1
摘要
尽管在电子学上占据主导地位，金刚石结构的Si和Ge在光电子学上存在不足。近期研究表明，体积膨胀的六方Ge变体可展现出备受期望的优越光电子特性。若更大尺寸的Sn能与Ge形成六方固溶体，即可实现这种膨胀。但由于Ge和Sn在常温下不反应、Sn不具有常温六方对称性，以及在任何条件下（包括薄膜加工）只能制备立方或四方二元相，这一设想此前被认为不可行。本文通过使用大体积压机将Ge和Sn置于9和10 GPa压力及高达1500 K的温度下，从根本上改变了这一状况。同步辐射角度色散X射线衍射、预cession电子衍射和电子显微镜化学分析揭示了常压恢复得到的六方2H、4H和6H Ge-Sn固溶体（P63/mmc）。这种新型二元材料体系的形成与Sn含量相关：六方对称性在Sn含量低于21 at%时可获得，而立方金刚石对称性则在等于或高于该值时出现。这些发现通过同时利用压力创造反应性并以成分指导所需晶体对称性的生产，为先进材料开辟了肥沃路线，并提供了基于晶体对称性、成分和堆垛序列调控性质以用于光电子应用的机会。
引用
@article{arxiv.2512.03602,
title = {High Pressure and Compositionally Directed Route to a Hexagonal GeSn Alloy Class},
author = {George Serghiou and Hans Josef Reichmann and Gang Ji and Laurence Nigay and Jonathan P. Wright and Daniel J. Frost and Gus Calder},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.03602},
year = {2025}
}