Anharmonic nuclear motion and the relative stability of hexagonal and cubic ice
我们使用广泛的第一性原理量子力学计算表明，虽然静态晶格和谐波振动能量几乎是相同的，六角形冰的非谐波振动能量显着低于立方冰。这种非谐性的差异是至关重要的，稳定六边形冰相比，立方冰至少1.4 meV/H2O，与实验估计一致。非谐性的差异主要来自分子O-H键伸缩振动模式，并与原子层的不同堆叠有关。
2015-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Alternative Stacking Sequences in Hexagonal Boron Nitride
在层状二维材料中，连续片材的相对取向，即堆叠顺序，对于材料的电子、热和机械性能至关重要。通常，不同的堆叠序列具有相当的内聚能，导致替代的稳定晶体结构。在这里，我们从理论和实验上探讨不同的堆叠顺序在范德华键合材料六方氮化硼（h-BN）。我们研究的总能量，电子带隙，和介电响应张量为五个不同的高对称性堆积序列的散装和双层形式的h-BN。两个序列，通常假设的AA'序列和相对未知的（对于h-BN）AB（Bernal）序列，被预测具有很低的能量。我们提出了一种可扩展的改进的化学气相沉积方法，其产生几乎纯的AB堆叠的h-BN的大薄片;这种新材料补充了通常可用的AA堆叠的h-BN。
2018-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure of stacking faults in hexagonal graphite
我们提出的自洽，全电位的电子结构计算的结果与堆垛层错的六方石墨板和板与一个位移的表面层。有两种类型的堆垛层错，它们在化学键图像上有质的不同。我们发现，这两种类型诱导局域化的界面带附近的对称线K-M的布里渊区和一个相关的峰值在局域态密度（LDOS）非常接近的费米能，这应该引起的界面带的主要贡献的局部导电性的堆垛层错。相比之下，干净的表面在π和σ带的能量范围内不存在任何表面带，并且表面附近的LDOS甚至被耗尽。另一方面，即使一个单一的表面层的位移诱导K-M附近的表面带。在一类堆垛层错附近，p_z键二聚体（方向垂直于层）起着特殊的作用。它们产生一对半满的界面态/界面共振。估算了两种层错的形成能和表面能。
2013-08-22 cond-mat.mtrl-sci
Kinetics of Stacking Order Evolution During Heterogeneous Ice Formation
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所，凝聚态物理国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）；Peking University（北京大学）
研究揭示了异质冰形成过程中堆叠顺序演化的原子机制，通过表面约束和对称性破缺的相互作用，阐明了冰结晶的生长机制及先进材料设计的指导原则。
2026-02-28 cond-mat.mtrl-sci
Vibrational renormalisation of the electronic band gap in hexagonal and cubic ice
用第一性原理量子力学方法研究了六方和立方水冰中的电子-声子耦合。我们考虑29个不同的六角形和立方冰质子排序与多达192个分子在模拟细胞占质子无序。我们发现量子零点振动修正的最小电子带隙范围从-1.5到-1.7 eV，这导致改进的协议之间的计算和实验带隙。核的非谐振动在决定能隙方面起着微不足道的作用。氘代冰在零温度下的带隙修正较小，为-1.2至-1.4eV。振动使不同质子序的电子带隙之间的差异从约0.17 eV减小到小于0.05 eV，因此当考虑量子核振动时，六边形和立方体冰的电子带隙几乎与质子序无关。在0-240 K的温度范围内，带隙的相对较小的减小约为0.1 eV，这与质子的有序性无关，也与冰是质子化的还是氘化的、六边形的还是立方体的无关。我们解释这一点的原子起源的强电子-声子耦合在冰。
2016-05-20 cond-mat.mtrl-sci
Stacking and Registry Effects in Layered Materials: The Case of Hexagonal Boron Nitride
采用van der Waals修正的密度泛函理论方法研究了六方氮化硼（h-BN）的层间滑移能谱.结果表明，范德华力的主要作用是将层间固定在一个固定的距离上，而静电力则决定了最佳的堆积模式和层间滑动能。一个几乎自由滑动的路径被确定，沿着该路径获得~0.6 eV的带隙调制。我们提出了一个简单的几何模型，量化层之间的注册表匹配，并捕捉波纹h-BN层间能量景观的本质。这种现象学模型的简单性为复杂的层状结构（如碳和氮化硼纳米管）的建模开辟了道路。
2010-02-08 cond-mat.mtrl-sci
Direct observation of layer-stacking and oriented wrinkles in multilayer hexagonal boron nitride
六方氮化硼（h-BN）由于其无悬挂键的表面、绝缘性质和热/化学稳定性而长期被认为是电子器件的理想衬底。因此，分析h-BN晶体的晶格结构和取向就显得尤为重要。在这里，h-BN的堆叠顺序和皱纹的研究，通过透射电子显微镜（TEM）。实验证实，h-BN薄片中的层以AA'堆叠排列。通过分子动力学模拟进一步探讨了h-BN晶体中褶皱的形成机理。我们的研究结果提供了关于h-BN的微观结构的深刻见解，并阐明了二维晶体的结构设计/电子调制。
2021-02-20 cond-mat.mtrl-sci
Growth-related formation mechanism of I$_3$-type basal stacking fault in epitaxially grown hexagonal Ge-2H
Ge的六方晶相2H最近成为中红外范围内有前途的直接带隙半导体，为IV族半导体（Ge和SiGe）的附加光电功能提供了新的前景。这种六方（2H）Ge相的受控合成是一个挑战，可以通过使用纤锌矿GaAs纳米线作为模板来克服。然而，取决于生长条件，在亚稳态2H结构中形成I $_3$型的不寻常的基底堆垛层错（BSF）。这种核/壳异质结构的生长原位观察，并通过环境透射电子显微镜使用化学气相沉积的实时。这些观察提供了Ge-2H外延层的阶跃流动生长的直接证据，并揭示了I $_3$-BSF在不稳定生长过程中与生长相关的形成。动态研究了它们的形成条件。通过这些原位观察，我们可以提出一个方案的成核的I $_3$型BSF的可能是有效的任何亚稳的六方2H或纤锌矿结构生长在m-平面衬底上。确定条件，以避免其形成的SiGe-2H的完美结晶合成。
2022-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Sub-1-Angstrom-Resolution Imaging Reveals Phase Contrast Transition in Ice Ih Caused by Basal Stacking Faults
Pacific Northwest National Laboratory（太平洋西北国家实验室）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；University of Washington（华盛顿大学）；University of Illinois, Chicago（伊利诺伊大学芝加哥分校）
亚埃分辨率成像揭示基底堆垛缺陷导致冰Ih相衬转变，展现冰相结构关系及分子排列缺陷容忍度。
2026-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Interaction of dopants with the I$_3$-type basal stacking fault in hexagonal-diamond Si
本研究采用密度泛函理论计算，揭示了六方金刚石型硅中p型、n型掺杂剂及等电子杂质与I₃型基面堆垛层错的差异化相互作用规律，并通过六方/立方硅界面验证了相关结论，为新型半导体性能调控提供了理论依据。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase equilibrium of liquid water and hexagonal ice from enhanced sampling molecular dynamics simulations
本文采用增强采样分子动力学模拟研究了由TIP 4P/Ice原子间相互作用势模型模拟的液态水和冰Ih之间的相平衡。我们的方法是基于计算冰Ih液体自由能的差异，可逆地访问两个阶段的模拟。通过引入静态偏置电位作为序参量的函数，实现了可逆的相互转换。调整序参量使氧在冰Ih中结晶为六方金刚石结构。我们分析了系统尺寸对冰Ih-液体自由能差的影响，并在热力学极限下得到了270 K的熔化温度。这一结果与热力学积分（272 K）和共存模拟（270 K）的估计一致。由于序参量不包括有关质子坐标的信息，自发形成的固体构型包含如冰Ih所预期的质子无序。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
CO2 hydrate dissociation at low temperatures - formation and annealing of ice Ic
低于240 K的气体水合物的分解导致形成亚稳态形式的水冰，即所谓的立方冰（Ic）。由于其有缺陷的性质和小的颗粒尺寸，由这种材料组成的表面膜不能产生任何显著的扩散屏障。高于160 K，立方冰逐渐转变为稳定的六边形（Ih）的形式在实验室的时间尺度。退火，再加上并行分解的气体水合物，加速温度上升，但已经超过190 K的第一个过程占上风，转换立方堆积序列在普通Ih冰在几分钟内。通过非常缓慢的等温退火或在加热到240 K以上之后去除剩余的堆垛层错。讨论了立方堆积比例对分解率的影响。更好地理解低温下的解离动力学对于现有假设的关键评估特别重要，现有假设认为包合物是一种潜在的介质，积极参与地质过程或能够在彗星，冰冷的卫星（即）等环境中储存气体（例如CH4，CO2或CO2）。e.土卫六，木卫二，土卫二）或火星上。在这里，我们提出了在170和190 K和平均火星表面压力之间的等温和等压条件下的CO2笼形物的解离动力学研究。我们特别注意形成的冰，并证明其对解离速率的影响与中子衍射研究（在ILL/格勒诺布尔D20上进行）和cryo-SEM相结合。更详细的晶体学信息已通过一个灵活的堆垛层错模型，能够揭示的堆垛概率和晶体尺寸方面的缺陷结构的冰Ic的时间演化。
2015-10-27 astro-ph.EP cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
DFT modelling of stacking faults in hexagonal and cubic GaN
University College London（伦敦大学学院）；London Centre for Nanotechnology, University College London（伦敦大学学院纳米技术伦敦中心）；Research Centre for Materials Nanoarchitectonics (WPI-MANA), National Institute for Materials Science (NIMS)（国立材料研究所（NIMS）材料纳米结构研究中心（WPI-MANA)）
采用密度泛函理论计算了六方和立方GaN中堆垛层错的能量、原子和电子结构，发现I1型层错在六方相中最稳定，立方相中本征层错占主导，并揭示了层错附近的电荷再分布导致II型能带偏移。
2026-07-02 cond-mat.mtrl-sci
Hexagonal ice density dependence on inter atomic distance changes due to nuclear quantum effects
本文利用不同交换关联泛函的机器学习势模拟六方冰，发现多数泛函高估密度且核量子效应进一步加大偏差，并揭示核量子效应在六方冰中导致更强氢键。
2025-05-09 cond-mat.mtrl-sci
Phonons and Anomalous Thermal Expansion Behaviour of H2O and D2O ice Ih
为了确定和定量分析与冰Ih相异常热膨胀相关的声子非谐性，我们对氘代冰（D2 O）在225 K时的声子谱进行了中子非弹性散射测量，测量结果表明，声子谱在225 K时随压力的变化为1 kbar，在10-225 K时随环境压力的变化为10-225 K.我们还进行了晶格动力学的密度泛函理论计算。从中子数据的分析以及从头计算中定量地再现了反常膨胀。此外，从头计算被用来可视化的性质的非谐声子在很大一部分的布里渊区。我们发现，低于60 K时，六角平面内的负热膨胀是由于冰分子六角环的非谐振动引起的，而沿六角轴的负热膨胀则是由于六角层的横向振动引起的.
2018-03-23 cond-mat.mtrl-sci
From Stacking Disorder to Cubic Order: Ice Crystallization from Deeply Supercooled Water
Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室纳米材料中心）；Institute for Advanced Studies, College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University（武汉大学化学与分子科学学院高等研究院）；Institute of Refrigeration and Cryogenics, Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学制冷与低温工程研究所）
利用低温透射电子显微镜，研究深度过冷水结冰。发现均匀成核产生混合六方和立方序列的堆积无序冰，立方冰层增厚是关键机制，还揭示了动力学途径及相变过程，为理解非平衡快速结晶提供框架。
2026-07-07 cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric response to interlayer shifting and rotations in trilayer hexagonal Boron Nitride
从由不同原子组成的单层，我们可以通过方便地堆叠多层来构建具有自发垂直极化的结构。我们利用第一性原理方法和基于现代极化理论，研究了由三层六方氮化硼（h-BN）在所有可能的堆叠中组成的系统。我们得到的每一个配置如何层之间的电荷转移，以及它如何影响系统的极化。此外，我们研究了一个系统的三个层，其中一个旋转，我们发现，不仅没有增加的幅度相比，双层的偏振，但也取决于初始堆叠和旋转层，我们可以创建各种马赛克状的偏振安排，这是由区域组成的三角形或六边形对称。
2022-11-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Stacking and Thickness Effects on Cross-Plane Thermal Conductivity of Hexagonal Boron Nitride
本文通过非平衡分子动力学模拟和玻尔兹曼输运方程，揭示了六方氮化硼跨面热导率受堆叠方式与厚度的显著调控，并阐明其源于声子数目与弛豫时间的竞争效应。
2023-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
First Principles Study on the Formation of Yttrium Nitride in Cubic and Hexagonal Phases
我们研究了Y原子以两种常见的密堆积方式排列的氮化钇的形成：AB堆积（hcp对称）是金属钇的基态，而ABC堆积（fcc对称）是氮化钇的基态。鉴于YN和Y之间的不同对称性，当N并入Y晶格中时，必然存在相变（hcp->fcc）。通过第一性原理计算，我们对Y的AB和ABC堆积中N逐渐掺入八面体间隙的情况进行了系统的研究。我们报告的生成热，体积模量，晶格参数和电子结构的氮化物。我们发现两种金属排列在物理上都是可以实现的。此外，对于低氮掺入，两相可以共存。然而，对于高氮浓度的立方相是有利的30 kJ mol-1的利润率。这些结果是重要的，因为fcc-YN是半导体的，并且可以用作电子器件中的有源层。
2007-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Triangular Snowflakes: Growing Structures with Three-fold Symmetry using a Hexagonal Ice Crystal Lattice
从水蒸气中生长出来的雪晶偶尔会表现出三重（三角）对称的形态，尽管冰晶晶格具有六重对称的分子结构。在极端的情况下，薄的片状雪晶可以长成类似简单等边三角形的多面形式。虽然远不如六方晶常见，但三角形雪晶在自然界和实验室研究中早已被观察到，它们的起源一直是一个持久的科学难题。在这篇论文中，我描述了如何在-14 ℃的空气中，在细长冰针的末端生长出高可靠性的板状三角结构。我进一步提出了一个物理模型，描述了这种结构如何自组装和发展，促进了边缘锐化不稳定性，在温度和水蒸气过饱和的特定组合打开。结果一般支持一个全面的模型的结构依赖的附着动力学在冰的生长，已被发现来解释许多的总体行为中看到的Nakaya图的雪晶形态。
2021-06-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.pop-ph
Magnetism of two-dimensional defects in Pd: stacking faults, twin boundaries and surfaces
仔细的第一性原理密度泛函计算揭示的重要性，六方与立方堆积的封闭包装平面的Pd至于当地的磁性关注。我们发现，相反，稳定的面心立方相，这是顺磁性，六方密堆积相的Pd是铁磁性的磁矩为0.35 $μ_{B}$ /原子。我们的研究结果表明，二维缺陷与局部hcp堆叠，如孪晶界和堆垛层错，否则fcc Pd结构，增加磁化率。（111）面也增加了磁化率，并与靠近它的单个堆垛层错或孪晶界结合而成为铁磁性。相反，我们发现（100）面降低了铁磁性的倾向。结果与最近在小Pd纳米颗粒中观察到的磁矩一致，具有大的表面积和高浓度的二维堆叠缺陷。
2006-01-30 cond-mat.mtrl-sci
The Collinear Magnetic Phases of the Geometrically-Frustrated Antiferromagnet CuFeO$_2$: The Importance of Stacking
正确的堆叠的六方层是用来获得准确的估计几何受挫的反铁磁体CuFeO $_2$的交换和各向异性参数。这些参数受到13.5和20 T磁场之间共线变磁相位稳定性的高度约束。约束拟合的自旋波频率的共线$\uudd $相低于7 T被用来识别的变磁$\uuudd $相，其中包含两个六角层和10 Fe $^{3+}$自旋的磁性晶胞。
2008-07-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Double-layer ice from first principles
单层和多层冰与正方形晶格结构的形成最近已被报道的基础上，透射电子显微镜实验，在封闭的二维冰的兴趣更新。在这里，我们报告了一个系统的密度泛函理论研究双层冰在纳米约束。本文给出了作为限制宽度和侧压力的函数的相图。相图中包括蜂窝状六方结构、方管结构、六方密排结构和屈曲菱形结构。然而，与实验观察相反，正方形结构没有功能：我们最稳定的双层正方形结构被预测为亚稳态。该研究为双层受限冰的相变提供了一般性的见解，并为石墨烯纳米毛细管实验中方冰的稳定性提供了一个新的理论视角。
2017-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Insights into the structure of liquid water from nuclear quantum effects on density and compressibility of ice polymorphs
核量子效应导致六边形冰体积的异常移动;重冰的体积比轻冰大。冰中的这种反常现象随着温度的升高而增加，并在液态水中持续到沸点。我们研究了核量子效应对几种冰状结构和结晶冰相的密度和可压缩性的影响。通过计算各向异性对应变张量的贡献，分析了六角形冰在不同方向上的压缩性变化，发现六角形冰在x-y平面上比在z方向上更软。此外，通过采用范德瓦尔斯泛函和准谐波近似进行从头计算密度泛函理论计算，我们发现六角冰的体积模量存在反常的同位素效应：重冰的体积模量小于轻冰。与实验结果一致，我们还得到了笼形水合物结构I的反常同位素效应。对于其余的多晶型冰，同位素效应是：i）对于冰IX、Ih、Ic、笼形物和低密度液体状无定形冰是异常的; ii）对于冰IX、II、高密度液体状无定形冰和冰XV，在T=0 K时是正常的，并且随着温度的升高而变得异常; iii）对于冰VIII直到熔点是正常的。随着结构的密度（可压缩性）增加（减少），体积和体积模量都存在从反常同位素效应到正常同位素效应的转变。这一结果可以解释液态水中的反常同位素效应：当压缩性从熔点降低到压缩性最低温度时，重水和轻水的体积之差迅速减小，但直到沸腾温度，这种效应仍然是反常的，因为氢键网络从未被完全填充所有的间隙位置而完全破坏。
2018-01-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Blue phosphorene bilayer is a two-dimensional metal -- and an unambiguous classification scheme for buckled hexagonal bilayers
高层次的第一性原理计算预测蓝色磷烯双层是一个二维金属。这种结构以前没有被考虑过，并通过采用方框图方案来确定，该方案产生了一套完整的五个高对称性堆叠结构的屈曲蜂窝层，并允许其明确的分类。我们发现，所有这些堆叠配置都是稳定的或至少亚稳态配置蓝色磷烯和灰色砷烯双层。对于蓝色磷烯，最稳定的堆叠结构尚未报道，令人惊讶的是它是金属的，而所有其他排列都是间接带隙半导体。由于不可能通过平移来交换堆叠配置，因此所有这些都应该通过单层的转移在实验上可以获得。蓝色磷烯双层膜的金属特性是由其3.01 μ m的短层间距离引起的，并提供了设计单元素全磷晶体管的特殊可能性。
2020-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Structures of bulk hexagonal post-transition-metal chalcogenides from dispersion-corrected density-functional theory
我们使用色散校正的密度泛函理论，以确定竞争的多型体的大块层状六方后过渡金属硫属化物的相对能量，寻找这些潜在的技术上重要的半导体的最稳定的结构。我们发现，有一定程度的共识之间的色散校正的交换相关泛函的多型体的能量排序，但我们发现，对于每种材料有多个堆垛层阶的相对能量小于1毫电子伏每单层晶胞，这意味着堆垛层错预计将是丰富的所有后过渡金属硫属化物。通过拟合一个简单的模型，我们所有的能量数据，我们预测，在每种情况下，最稳定的六方结构具有P $6_3$ /mmc空间群，但堆叠顺序不同的GaS，GaSe，GaTe和InS之间的一方面和InSe和InTe的另一方面。在零压力下，用不同的泛函获得的相对能量不一致约1-5毫电子伏每单层晶胞，这是不足以确定最稳定的结构明确;然而，多GPa的压力减少竞争相的数量显着。在较高的压力下，AB $'$ -堆叠结构的最稳定的单层多型体被认为是最稳定的散装结构，这种结构还没有在实验中报告到目前为止。
2021-03-18 cond-mat.mtrl-sci
Interstitially bridged van der Waals interface enabling stacking-fault-free, layer-by-layer epitaxy
本文提出在逐层外延MoS2时引入层间Mo间隙原子作为桥连和成核中心，实现无堆垛层错、对位稳定且层间耦合增强的六方双层单晶。
2025-07-22 cond-mat.mtrl-sci
Effects of opposite atoms on electronic structure and optical absorption of two-dimensional hexagonal boron nitride
采用第一性原理多体GW和Bethe-Salpeter方程（BSE）方法研究了二维六方氮化硼（2D-hBN）的电子结构和线性单光子吸收（OPA）特性.五AA-和AB-堆叠双层和八AAB-堆叠三层结构被认为是。通过混合AA-和AB-堆叠的双层hBN（BL-BN）来构造AAB-堆叠的三层hBN（TL-BN）结构。我们表明，GW近似引起不同类型（即，间接或直接）的基本带隙的独立粒子近似的所有结构，除了那些占主导地位的B-B相反。由B-B相反主导的堆叠模式在两种近似下都具有直接的基本带隙。通过求解Bethe-Salpeter方程结合GW准粒子修正计算了OPA谱。强吸收峰被发现在深紫外区的大多数结构。TL-BN的激子的结合能和Davydov分裂强烈依赖于相对原子，并与堆叠BL-BN亚结构的作用有关。最后，以六层及以下的AB型堆叠结构为例，说明了B-B对向单元有助于构造更适合于光电应用的具有直接基本带隙的类乱层相堆叠结构。
2023-01-03 cond-mat.mtrl-sci
Topotactic synthesis, structure and magnetic properties of a new hexagonal polytype of silver cobaltate(III) AgCoO2+δ
在AgNO3-NH4NO3熔融体系中，用Na0.75CoO2在175 ℃下进行离子交换，制备了一种新的铜铁矿型AgCoO2 + δ。其结构由XRD数据通过Rietveld精修确定;其为六方晶系，空间群P63/mmc，a = 2.871和c = 12.222 π。它的结构不同于先前报道的AgCoO2（R-3m，3R多型）的堆叠的Co-O层;在新的阶段的2H堆叠的前体Na0.75CoO2，与一个topotactic离子交换的Na银。发现新相含有轻微的氧过剩（δ = 0.06）。磁化率测量表明，没有磁性转变和弱居里项，符合非磁性字符的Co 3+离子。
2008-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Structural classification of boron nitride twisted bilayers and ab initio investigation of their stacking-dependent electronic structure
自从双螺旋双层石墨烯的发现开创了双电子学领域以来，莫尔条纹系统一直没有停止表现出迷人的特性。我们证明，在氮化硼扭曲双层，对于一个给定的莫尔周期，有五个不同的堆叠，保持单层六边形对称性（即旋转120 $^\circ$后的不变性），而不是只有两个总是在文献中讨论。我们介绍了一些定义和命名，明确识别的扭曲角和堆叠顺序的任何六方双层3阶旋转对称。此外，我们采用密度泛函理论研究的能带结构的演变作为扭转角的函数的五个堆叠序列的氮化硼双层。我们发现，差距是间接的，在任何角度和任何堆叠，并确定功能，在相同的堆叠序列中，无论扭曲的角度是保守的。
2022-11-17 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph quant-ph
Electronic structure of folded hexagonal boron nitride
折叠区域通常在许多基于六方氮化硼（h-BN）的块体和纳米结构材料中遇到。折叠h-BN层中发生两种类型的结构修改：折叠边缘处的局部曲率和改变重叠平坦区域的堆叠的层间剪切。在这项工作中，我们讨论，通过密度泛函理论模拟，这些结构的修改上的原始单层的基态电子结构的影响。我们表明，根据折叠方向，重叠区域可能会呈现不同的堆叠配置与随后的基本带隙的变化，进一步的间隙变化发生在折叠区域。BN折叠单层的整体电子结构最终可以被描述为位于弯曲和平坦重叠区的两个宽禁带半导体之间的II型结。
2022-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Negative Thermal Expansion in Cubic Ice: A Collective Quantum Effect of the hydrogen-bond network
Laboratoire de physique de L’École normale supérieure de Paris, CNRS, ENS & Université PSL, Sorbonne Université, Université de Paris（巴黎高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心，巴黎高等师范学院，巴黎文理研究大学，索邦大学，巴黎大学）；Institut Universitaire de France (IUF)（法兰西学院）；Laboratory for Quantum Magnetism, Institute of Physics, École Polytechnique Fédéerale de Lausanne（洛桑联邦理工学院物理研究所量子磁性实验室）；Institut de Minéralogie, de Physique des Matériaux et de Cosmochimie (IMPMC), Sorbonne Université, CNRS UMR 7590, MNHN（索邦大学，法国国家科学研究中心联合研究单位7590，自然历史博物馆矿物学、材料物理与宇宙化学研究所）；Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma（罗马智慧大学物理系）
该研究通过实验与模拟发现立方冰I$_c$在70 K附近有密度最大值，其负热膨胀源于氢键网络的集体量子效应，由核统计与氢键动力学主导。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-Induced Stacking Disorder and Suppression of Long-Range Sm-type Order in Medium-Entropy Rare-Earth Alloys
University of Alabama at Birmingham（阿拉巴马大学伯明翰分校）
该研究通过同步辐射X射线衍射发现，中熵稀土合金TbHoEr和TbHoDy在压力下跳过Sm型中间相，经堆垛无序的密堆积态转变，揭示中熵合金化可改变稀土材料的压力诱导堆垛路径。
2026-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Adhesion and electronic structure of graphene on hexagonal boron nitride substrates
在无规相近似下，采用绝热联系涨落耗散理论框架下的第一性原理计算研究了石墨烯片在h-BN衬底上的吸附.我们得到不同的晶体堆叠配置的粘附能，并表明，层间键合是由于长程范德华力。的相互作用的弹性和粘附能示出，导致堆叠无序和莫尔结构。能带结构计算揭示了石墨烯中的衬底诱导质量项，其随着堆叠配置而改变其符号。讨论了莫尔结构中低能电子态的色散、绝对带隙和实空间形状。我们发现莫尔结构中的绝对带隙至少比质量项的最大局部值小一个数量级。我们的结果与最近的STM实验结果一致。
2011-10-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Stacking-dependent topological electronic structures in honeycomb-kagome heterolayers
本文研究蜂窝–kagome晶格三种堆叠变体，揭示六方相的Γ点能带反转高阶拓扑相，并阐明扭曲或晶格失配moiré异质结构中的网络能带。
2025-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sliding multiferroicity in hexagonal stacked CrI3
本研究通过堆叠序工程在极性六方堆叠CrI3中实现新型滑动多铁性，利用层间自旋极化电荷转移实现0.4V低电压非易失性磁翻转，为低功耗二维电子与自旋电子器件提供新途径。
2025-10-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Misalignment instability in magic-angle twisted bilayer graphene on hexagonal boron nitride
我们研究了在六方氮化硼（TBG/BN）上的魔角扭曲双层石墨烯的稳定性和电子结构。完全弛豫已被执行为相称的超胞的异质结构与不同的扭曲角（$θ'$）和堆叠之间的TBG和BN。我们发现，轻微错位配置与$θ' = 0.54^\circ$和AA/AA堆叠具有全球最低的总能量，由于莫尔层间电位的建设性干扰，从而大大增强弛豫在其$1 \times 1$相称的超晶胞。对于具有堆叠的小型超级电池，在费米能级（$E_F$）处打开间隙，所述堆叠使得TBG的原子结构中的$C_2$对称性能够被强破缺。对于$θ'$接近于$1 \times 1$超原胞的那些的大的超原胞，加宽的平坦带仍然可以从光谱函数中分辨。$θ' = 0.54^\circ$也被确定为与$θ'$的电子结构的演化的临界角，在该临界角处，随着$θ'$的增加，$E_F$周围的迷你带的能量范围开始变得更窄，并且它们与色散带的间隙变得更宽。所发现的最稳定的TBG/BN的有限$θ'$约为$0.54^\circ$和它的带隙平坦带同意最近的实验观察。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Refined Structure of Metastable Ice XVII from Neutron Diffraction Measurements
最近发现的亚稳态冰XVII的结构，通过从C $_0$ D $_2$ O-H $_2$化合物（填充冰）中释放氢而获得，已经用中子粉末衍射精确测量。衍射图案用六边形单元索引，并且可以用空间群$P6_122$进行细化，以便获得氧和氘位置的精确值。在25至100 K之间的三个温度下的晶格常数的值的报告，和它们的行为进行了比较与冰Ih。冰XVII是一种多孔固体，如果暴露于H $_2$气体，可能会吸附大量的它。在50 K的恒定温度下监测这种效果，我们已经观察到，两个晶格常数表现出相反的行为，$a$增加和$c$减少，与体积呈线性增加。在高于130 K的温度下，这种形式的多孔冰的亚稳性丧失，并且样品转变成冰Ih。
2016-09-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electrically tunable plasma excitations in AA-stacking multilayer graphene
利用紧束缚模型和无规相位近似研究了简单六角堆积多层石墨烯中的库仑激发，并讨论了场效应。计算结果包括能带、响应函数和等离子体色散。一个垂直的电场被预测为诱导显着的电荷转移，从而能够操纵的能量，强度和等离子体振子模式的数量。这可以通过非弹性光散射或电子能量损失光谱进一步验证。
2014-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Growth and characterization of planar hexagonal Ge on CdS
Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Università di Milano-Bicocca（米兰比可卡大学）；Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR)（意大利国家研究委员会）
研究六方IV族半导体在平面异质结构中稳定的挑战，通过低能等离子体增强化学气相沉积在CdS衬底上生长平面六方锗，研究生长温度作用，揭示其晶体结构、缺陷机制等，确立CdS为稳定模板并提供应变弛豫见解。
2026-07-28 cond-mat.mtrl-sci
Stacking-dependent electronic structure of trilayer graphene resolved by nanospot angle-resolved photoemission spectroscopy
多层石墨烯中的晶体学堆叠顺序在决定其电子结构方面起着重要作用。在三层石墨烯中，菱面体堆叠（ABC）特别有趣，表现出具有电场可调带隙的平坦带。这种电子结构不同于简单的六方堆积（AAA）或典型的Bernal堆积（ABA），并且在纳米电子学、光电子学应用中是有希望的。到目前为止，干净的实验电子光谱上的前两个堆叠是失踪，因为样品通常是太小的尺寸（微米或纳米尺度），以解决传统的角度分辨光电子能谱（ARPES）。在这里，通过使用ARPES与纳米点束尺寸（NanoARPES），我们提供了直接的实验证据的三个不同的堆叠的三层石墨烯的共存，并直接揭示其独特的电子结构。通过对实验数据的拟合，我们提供了描述不同堆叠方式的三层石墨烯电子结构的重要实验能带参数。
2017-02-27 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic states and optical properties of single-layer carbon-doped hexagonal boron nitride
我们表明，碳掺杂的六方氮化硼（h-BN）具有非凡的性能与许多可能的应用。我们证明了与碳原子相关的取代诱导杂质态及其相互作用决定了C掺杂h-BN的电子结构和性质。此外，我们还发现，嵌入h-BN中的小C团簇中的局域杂质态的堆叠在h-BN的宽禁带中形成了一组离散的能级。这些C原子团簇的电子结构在光学、磁光和光电子学方面有着广泛的应用。
2012-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
On the temperature and chemical dependency of prismatic stacking faults in C14 Laves phases
非基面滑移的激活对提高六方晶体的变形能力至关重要。然而，非基底滑移的机制在很大程度上仍然未知，特别是对于复杂的金属间化合物，如Laves相。在这项工作中，棱镜滑移系统的C14 Laves晶体和可能的亚稳态沿滑移路径进行评估，使用原子模拟。在不同的原子间层位、温度和化学组成下，发现了具有相同晶格模式但不同占位和化学分布的多个棱柱形层错态。能量有利的棱柱形堆垛层错的形成涉及短程扩散，这意味着棱柱形滑移的热激活性质。这项工作的结果推进了对Laves相的温度和化学依赖的非基底滑移的理解，并可以扩展到其他拓扑紧密堆积相。
2023-03-13 cond-mat.mtrl-sci
Synthesizability, hardness, and stacking order in multicomponent transition metal carbides from machine-learned potentials
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；Institute of Materials, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院材料研究所）；Laboratory of materials design and simulation (MADES), Institute of Materials, École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院材料研究所材料设计与模拟实验室）；National Centre for Computational Design and Discovery of Novel Materials (MARVEL), École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院新材料计算设计与发现国家中心）
通过微调MACE机器学习原子间势，结合自由能模型和弹性硬度代理，筛选了1500多种等原子组成，预测了多组分过渡金属碳化物的热力学稳定性和硬度，并发现了一类新的堆叠有序相。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Polytypic Quantum Wells in Si and Ge: Impact of 2D Hexagonal Inclusions on Electronic Band Structure
本研究探索了硅和锗中由层错形成的二维六方夹杂物作为量子阱的电子能带结构特性，发现其表现出可调的直接带隙并形成Type-I量子阱，为通过扩展缺陷工程化半导体光电性质及先进器件应用提供了新途径。
2024-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Emergent magnetic states due to stacking and strain in the van der Waals magnetic trilayer CrI3
最近，在三层CrI 3中实验观察到三种不同的磁性状态，包括铁磁（FM）-upupup，FM-downupdown和FM-upupdown。为了揭示所观察到的三种磁性状态的性质，我们研究了三层CrI 3中四种可能的堆叠结构的磁性：I（菱形），II（单斜），III（六方）和IV（三斜）。我们发现这四种堆积结构都具有FM upupup基态。在施加少量应变后，II和III结构中的FM-向下向上向下变为基态，IV结构中的FM-向上向下优先，而I结构中的FM-向上保持。我们的研究结果揭示了三层CrI 3中观察到的三种磁性状态可能对应于不同的堆叠结构，具有小的拉伸应变，这可以很好地解释实验获得的压力依赖的层间耦合和居里温度。我们的研究为通过调整叠层和应变来设计具有所需磁态的磁性多层膜铺平了道路。
2021-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Water/ice phase transition: the role of Zirconium Acetate, a compound with ice-shaping properties
很少有化合物具有制冰特性。据报道，在许多生活在低温下的生物体中，唯一一种具有类似于冰形成蛋白质的冰形成特性的化合物是醋酸锆。当醋酸锆溶液被冷冻时，可以形成定向的和完美的六边形冰晶，它们的生长遵循温度梯度。为了阐明水/冰相变，而冷冻醋酸锆溶液，我们进行了差示扫描量热法测量。从我们的结果，我们估计有多少水分子不冻结，因为它们与锆阳离子的相互作用。我们估计的依数性的Zr浓度的表观临界温度。我们进一步证明了相变不受用于调节pH值的碱的性质的影响。因此，我们的研究结果提供了新的提示醋酸锆的冰成形机制。
2016-12-09 cond-mat.mtrl-sci
Raman Investigation of the Ice Ic - Ice Ih Transformation
在许多冰的多晶型物中，在环境压力下存在于自然界中的冰I具有两种不同的结构，即稳定的六方（Ih）或亚稳的立方（Ic）结构。立方冰Ic的精确分析一直缺失，直到最近发现了一种简单的方法来获得结构纯的形式。在这里，我们报告了拉曼光谱研究的转变亚稳态冰Ic到稳定的形式Ih，通过应用一个非常缓慢的温度斜坡冰Ic样品最初在150 K。的热行为的光谱特征源自晶格和OH-伸缩振动模式进行了仔细测量，确定的热力学条件的Ic-Ih过渡和动力学的两种结构具有显着的准确性。此外，两次转化动力学测定的比较还可以提供该转化过程活化能的估计。
2020-05-24 cond-mat.mtrl-sci
AA-stacked bilayer square ice between graphene layers?
水被限制在两层之间，间隔几埃，形成层状二维冰结构。利用大规模分子动力学模拟，采用ReaxFF原子间相互作用势，我们发现具有菱形-正方形结构的扁平单层冰在非极性和非铁电性的石墨烯层之间成核。发现两层水结晶成一个正方形晶格，接近实验发现的AA堆积[G。Algara-Siller等人Nature 519，443445（2015）]。每一层都有一个方向相反的净偶极矩。双层冰也是非极性和非铁电的。对于三层冰，我们发现每一层都有类似于单层冰的晶体结构。
2015-09-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and Nuclear Quantum Effects on the Ice XI/Ice Ih Phase Transition
我们研究了同位素效应对质子有序/无序相变温度之间的冰XI和冰Ih，使用准谐波近似结合\textit{ab initio}密度泛函理论计算。我们表明，这种方法是足够准确的，以获得轻冰（H $_2$ O）和重冰（D $_2$ O）之间的相变温度差为6 K相比，实验值为4 K。更重要的是，我们能够解释同位素效应的起源，在相变中观察到的备受争议的大温差。差异的来源与最近在[Phys. Rev. Lett.]中解释的六角形冰体积上的异常同位素效应背后的物理学直接相关。108，193003（2012）]。这些结果表明，在其他冰相之间的转变温度中，同位素效应的背后可能是相同的物理学。
2015-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Stacking Entropy of Hard Sphere Crystals
经典的硬球在足够高的密度下平衡结晶。由二维六方密堆积层（例如fcc、hcp等）堆叠而成的晶体。每个球的熵仅相差约$10^{-3}k_B$（所有构型的能量都是简并的）。为了方便地解决和研究这些小的熵差，我们已经实现了两种不同的multicanonical蒙特卡罗算法，允许直接平衡晶体之间的不同堆叠序列。最近的工作表明，fcc堆积比hcp堆积具有更高的熵。我们已经研究了其他堆叠，以证明fcc堆叠确实具有所有可能堆叠中最高的熵。我们可以检测到的熵相互作用涉及三层、四层和（尽管统计确定性较小）五层连续的球体。这些层间熵的相互作用下降的强度随着距离的增加，正如预期的那样，这种下降似乎是更慢的熔化密度附近比在最大（紧密堆积）密度。在最大密度时，fcc和hcp堆积之间的熵差为每个球$0.00115 +/- 0.00004 k_B$，这比在熔融转变附近测量的相同量高出大约30%。
1998-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Molecular simulations of heterogeneous ice nucleation. I. Controlling ice nucleation through surface hydrophilicity
冰的形成是地球上最常见和最重要的过程之一，几乎总是发生在物质的表面。对材料表面的物理化学性质如何影响其形成冰的能力的基本理解仍然是难以捉摸的。在这里，我们使用分子动力学模拟直接探测异质冰成核在不同亲水性的纳米颗粒的六边形表面。令人惊讶的是，我们发现，结构相同的表面可以抑制和促进冰的形成和类似的化学催化剂，它被发现的表面和水之间存在的最佳相互作用，以促进冰成核。我们利用我们对该机制的微观理解来设计具有增强的冰成核能力的硅改性表面。
2015-05-29 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Excitons and stacking order in h-BN
六方氮化硼（h-BN）在5.75 eV处的强激子发射使该材料成为远紫外（UV）发光器件的最有前途的候选者之一。然而，单个激子仅出现在非常难以合成的完美单晶中，而常规h-BN样品呈现出具有几个额外峰的复杂发射光谱。这些额外排放的微观来源尚未被理解。在这项工作中，我们解决这个问题，使用实验和理论的方法，结合纳米分辨阴极射线发光，高分辨率透射电子显微镜和国家的最先进的理论光谱方法。我们表明，发射光谱是强烈inconsistus在个别薄片和额外的激子发生在结构变形，如多面的平面褶皱，导致局部的h-BN堆叠顺序的变化。
2014-01-09 cond-mat.mtrl-sci
2D ice from first principles: structures and phase transitions
尽管与云微物理学和摩擦学等不同领域相关，但对低维水冰的结构和相变的理解仍然存在重大差距。在这里，我们报告的第一原理研究有限的二维冰作为压力的函数。我们发现，在环境压力下，六边形和五边形单层结构是两个最低的焓相确定。在轻度压缩时，五边形结构变得最稳定，并持续到\textit{ca.} 2 GPa，在该点处正方形和菱形相是稳定的。方相同意最近的实验观察方冰限制在石墨烯片。我们还发现了一个双层AA堆叠的方形冰相，这澄清了实验观察和早期力场模拟之间的差异。这项工作提供了一个新的角度对二维封闭冰，突出的结构观察到的围压和宽度的敏感性。
2015-08-15 cond-mat.mtrl-sci
