范德华生长过程中磷族元素的同素异形体与相变
材料科学
2020-12-02 v1
摘要
磷族元素因其 ns2 np3 价电子构型而具有多种同素异形体，这使其成为同族中唯一可结晶为层状范德华（vdW）和准 vdW 结构的单质材料。轻族 VA 元素以层状正交 A17 相（如黑磷）存在，并可在高压下转变为层状菱方 A7 相。另一方面，块体重族元素仅在 A7 相中稳定。在此，我们证明在弱相互作用表面上进行锑的 vdW 生长时，这两种相不仅共存，而且会发生从 A17 相到热力学稳定 A7 相的自发转变。A17 相的这种亚稳性通过实时研究得以揭示，其显示了由厚度驱动的向 A7 相转变及其电子性质的伴随演化。在约 4 nm 的临界厚度处，A17 锑经历从 AB 堆垛的 α-锑烯到 AA 堆垛的无扩散shuffle转变，随后逐渐弛豫为类块体 A7 相。此外，发现该中间相的电子结构由表面自钝化及块体中 A7 类与 A17 类成键的竞争决定。这些结果凸显了原子结构与界面相互作用在塑造 vdW 层状材料稳定性和电子特性中的关键作用，从而为实现利用可扩展工艺调控其性质的新自由度。
引用
@article{arxiv.2005.14041,
title = {Pnictogens Allotropy and Phase Transformation during van der Waals Growth},
author = {Matthieu Fortin-Deschênes and Hannes Zschiesche and Tevfik O. Menteş and Andrea Locatelli and Robert M. Jacobberger and Francesca Genuzio and Maureen J. Lagos and Deepnarayan Biswas and Chris Jozwiak and Jill A. Miwa and Søren Ulstrup and Aaron Bostwick and Eli Rotenberg and Michael S. Arnold and Gianluigi A. Botton and Oussama Moutanabbir},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.14041},
year = {2020}
}