独立低翘曲硅烯、锗烯和锡烯中的热驱动相变
材料科学
2023-06-02 v1 软凝聚态物质
摘要
低翘曲硅烯、锗烯和锡烯是IV族石墨烯同素异形体。它们由相互穿插的（A和B）两个三角子晶格构成蜂窝晶格，这两个子晶格在垂直方向上以小距离Δ_z分开。硅、锗和锡的原子序数Z大于碳（Z_C=6），使它们成为首批实验上可行的二维拓扑绝缘体。这些材料具有双重能量简并的原子结构，其特征是B子晶格相对于A子晶格的翘曲方向[即B原子要么突出于A原子上方（Δ_z>0），要么在其下方（Δ_z<0）]，而这种能量简并对它们弹性和电子性质的影响迄今尚未见报道。在此，我们揭示了硅烯中的铁弹、双稳态行为，其在约600 K时转变为平均平面结构。此外，电子和空穴坑的形成在低至200 K的温度下就模糊了零温自旋轨道耦合（SOC）诱导的带隙，这可能使硅烯无法作为室温应用的二维拓扑绝缘体。另一方面，锗烯从未经历低翘曲到平面的二维转变，而是在约675 K时变为非晶态，并且尽管能带展宽仍保持其SOC诱导的带隙。锡烯在约300 K时转变为结晶三维结构，在此温度前保持其SOC诱导的电子带隙。与硅烯和锗烯中观察到的不同，锡烯容易发展出具有高度结构有序性的更高配位结构。所述结构现象被证明对这些二维拓扑绝缘体的电子和振动性质具有深远影响。
引用
@article{arxiv.2303.08237,
title = {Thermally-driven phase transitions in freestanding low-buckled silicene, germanene, and stanene},
author = {John M. Davis and Gustavo S. Orozco-Galvan and Salvador Barraza-Lopez},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.08237},
year = {2023}
}
备注
16 pages, 21 figures. Originally submitted on December 5, 2022