硫掺杂对黑磷材料反义行为抑制作用的研究
材料科学
2025-11-05 v1
摘要
硫掺杂的黑磷（sulfur-doped black phosphorus, b-P）最近因其增强的环境稳定性和可调电子性质而成为下一代电子和光电子技术的有前景的材料候选者。本文系统地考察了硫取代对 b-P 弹性、机械和电子性质的影响，尤其关注其反义行为（即负泊松比）的抑制作用，使用第一性原理密度泛函理论计算。我们的结果揭示了原生 b-P 固有反义响应的根本起源，并阐明了硫掺杂如何改变这一行为。我们发现，硫原子会扭曲 b-P 中负责负泊松比的特征 bow-tie 结构图案，从而抑制其面内反义性。此外，所产生的电荷重新分布也有效地消除了 b-P 的面外反义响应。随着硫掺杂浓度的增加，体模量和泊松比增大，而亥姆霍兹模量、剪切模量和德布里温温度则下降。此外，硫掺杂抑制了 b-P 的半导体性质，导致其金属性。这些发现表明，尽管硫掺杂增强了 b-P 的环境稳定性，但也显著改变了其弹性和机械性质，尤其是反义行为，这在设计纳米尺度电子器件时是一个重要考虑因素。
引用
@article{arxiv.2511.02609,
title = {Suppression of auxetic behavior in black phosphorus with sulfur substitution},
author = {Hayden Groeschel and Arjyama Bordoloi and Sobhit Singh},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.02609},
year = {2025}
}