Dehydrogenation through the pressure-induced polymerization processes of phosphine
通过Raman、IR和X射线衍射（XRD）测量以及理论计算，研究了PH 3在高压下的超导转变和负责任的化学计量。发现PH 3在8 GPa左右是稳定的，然后在室温和25 GPa的压力下通过两个二聚过程开始分解。两个得到的磷的水合物，P2 H4和P4 H6，实验验证，并可以恢复到环境压力。在超过35 GPa的进一步压缩下，P4 H6直接分解成元素磷。P_4H_6在100和200 GPa下的超导转变温度分别为13和67 K，与文献报道的结果一致，表明P_4H_6可能是高压下超导的原因。我们的结果清楚地表明，P_2H_4和P_4H_6只是PH_3和元素磷之间稳定的P-H化合物，揭示了超导机制。
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced superconductivity in LaP2 with graphenelike phosphorus layer
School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院）；ShanghaiTech Laboratory for Topological Physics, ShanghaiTech University（上海科技大学拓扑物理实验室）；Shanghai Key Laboratory of High-resolution Electron Microscopy, ShanghaiTech University（上海科技大学高分辨率电子显微镜重点实验室）
本研究合成LaP₂多晶，发现其在约30 GPa时出现压力诱导超导性，Tc随压力升至78 GPa时达7.8 K，结构转变为P6/mmm相并含类石墨烯磷层，第一性原理计算佐证其稳定性，助力理解高压相图及过渡金属磷化物独特结构研究。
2025-11-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Pressure-induced Lifshitz transition in black phosphorus
在半金属中，电子和空穴载流子都对费米能级的态密度有贡献。小的能带重叠和多带效应产生了许多新的电子性质，如线性色散的相对论狄拉克费米子，钛磁电阻和非常规超导。黑磷最近成为一种特殊的半导体，具有高载流子迁移率和直接的可调带隙。特别重要的是在黑磷中寻找奇异的电子态，这可能会放大材料的潜力，超越半导体器件。在这里，我们表明，一个温和的流体静压力有效地抑制了带隙，并诱导从半导体到半金属的黑磷的Lifshitz过渡，观察到在半金属相的巨磁阻。强磁场中的量子振荡揭示了半金属黑磷复杂的费米面拓扑结构。特别是，在1.2 GPa左右出现了一个类似狄拉克的费米子，它不断地被外部压力所调谐。观察到的半金属行为极大地丰富了黑磷的材料性质，并为探索这种材料中的新电子态奠定了基础。此外，这些有趣的行为使磷烯成为实现新的二维相对论电子系统的良好候选者，而不是石墨烯。
2015-12-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Layer-dependent pressure effect on electronic structures of 2D black phosphorus
采用红外光谱法，系统研究了压力对层数为2 ~ 13层的少层黑磷（BP）电子结构的影响。我们发现，压力引起的光学跃迁的位移具有很强的层依赖性。与在~1.8 GPa下经历半导体到半金属转变的体对应物形成鲜明对比，2L的带隙随着压力的增加而增加，直到超过2 GPa。同时，对于具有给定层数的样品，对于具有不同指数的转变，压力引起的移位也不同。通过紧束缚模型结合Morse势的层间耦合，这种层和过渡指数依赖的压力效应可以充分考虑。我们的研究为二维BP的多功能范德瓦尔斯工程铺平了道路。
2021-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pressure-induced superconductivity in the van der Waals semiconductor violet phosphorus
本文报道了紫磷在约2.75 GPa起出现的压力诱导超导电性，并建立了其温度-压力超导相图，发现其Tc在不同结构相中呈现约7 K和10 K两个平台，展示了紫磷可调谐的电子性质。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
First principles investigation of pressure related quantum transport in pure black phosphorus devices
采用第一性原理计算研究了两种纯单层黑磷（MBP）器件的压力相关输运性质。数值结果表明，半导体MBP可以承受相当大的压力，直到它转变为导体。根据BP的手性和垂直压力的大小，纯MBP器件可以作为柔性电子器件、“负”压力传感器和“正”压力传感器工作。当压力相对较小时，锯齿形MBP器件的电导对应力具有鲁棒性，而扶手椅型MBP器件则表现出压敏特性。锯齿形MBP器件的压力稳定性预示着其作为柔性电子器件的良好应用前景，而扶手椅型MBP器件的电导随压力的显著负增长表明其可以作为“负”压力传感器工作。当压力相对较大时，扶手椅型MBP器件和锯齿型MBP器件都表现出“正”压力传感器的有利特性，其电导率随压力迅速上升。设备越长，压力敏感性越高。利用能带取向分析和经验Wentzel $-$ Kramers $-$ Brillouin（WKB）近似，从第一性原理计算中验证了纯MBP器件的隧穿过程.
2018-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two-carrier analyses of the transport properties of black phosphorus under pressure
我们报告的黑磷的电子输运性质，并分析它们使用一个双载流子模型在宽范围的压力高达2.5 GPa。在0.29GPa的半导态下，通过假设两种不同密度和迁移率的空穴共存，合理地再现了霍尔电阻的显著非线性行为。另一方面，1.01 GPa以上的磁输运性质的双载流子分析表明，具有几乎相同密度的高迁移率电子和空穴载流子共存，即，几乎补偿了黑磷的半金属性质。在半金属状态下，双载流子模型和量子振荡的分析表明，随着压力的增加，载流子密度有系统地增加。在低磁场下观察到的霍尔电阻率的符号反转表明在半金属黑磷中存在高迁移率电子（\sim 105 cm 2 V-1 s-1），其大约是空穴的十倍。我们的结论是，已经观察到的半金属态的极大的正磁电阻，不能再现由传统的双载流子模型。
2017-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic-field-induced insulating behavior in black phosphorus under pressure
Iwate University（岩手大学）；University of Hyogo（兵库大学）；The University of Tokyo（东京大学）
压力调控黑磷的绝缘行为，揭示磁场诱导电子相变的潜力
2025-12-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Pressure Tuned 2D Superconductivity in Black Phosphorus
研究通过高压调控层状黑磷，发现5.0 GPa以上出现超导，并利用角度依赖的上临界场揭示A7相的二维超导特征及其与弱化畸变层间耦合的关联。
2023-07-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Pressure induced evolution of band structure in black phosphorus studied by $^{31}$P-NMR
本文用$^{31}$ P-核磁共振研究了二维层状半导体黑磷（BP）的能带结构.还进行了能带计算以估计态密度$D(E)$。用导出的$D(E)$很好地再现了半导体相核自旋晶格弛豫速率$1/T_1$的温度和压力依赖性，得到的半导体带隙的压力依赖性与以前的报道很好地一致，很好地证实了BP能带计算是相当可靠的.本分析的$1/T_1$数据与补充的理论计算，使我们能够提取必要的信息，如$D(E)$和化学势的压力依赖性，以及分解观察到的$1/T_1$到内在和外在的贡献。$1/T_1$在1.63GPa下的突然增加表明半导体间隙闭合，导致电导率的增强。
2019-05-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Topological Phase Transition and Chiral-Anomaly Driven Negative Magneto-Resistance in Bulk Black Phosphorus
本文报道了非化合物能带半导体黑磷（BP）在静水压力下，在垂直和平行于电流I方向上施加16特斯拉的磁场B时的各向异性磁输运测量结果。在低磁场下，BP经历了从能带半导体到零能隙Dirac半金属态的拓扑Lifshitz转变，表现为弱定域-弱反定域转变，并出现了非平凡的Berry相.在过渡区，我们观察到一个压力依赖的负MR只有在B//I配置。这种负的纵向MR归因于存在弱反定位校正时的Adler-Bell-Jackiw异常（拓扑E $\cdot$ B项）。
2016-09-08 cond-mat.mtrl-sci
Emergent Dirac carriers across a pressure-induced Lifshitz transition in black phosphorus
关联系统如铜酸盐或磷属元素化物高温超导体的相图的特征在于在外部参数连续变化的情况下费米面的拓扑变化，即所谓的Lifshitz转变。然而，大量的低温不稳定性和多个能量尺度的相互作用使这一现象的研究变得复杂。在这里，我们首先确定在一个干净的元素系统，黑磷的压力引起的Lifshitz转变的光学签名。通过施加1.5 GPa以上的外部压力，我们观察到的德鲁德等离子体频率的压力依赖性的变化，由于无质量狄拉克费米子的外观。在较高的压力下，两个结构相变的光学签名也被确定。我们的研究结果表明，在固态系统中的Lifshitz转变的关键指纹，并在结构相变的情况下，是由于费米表面拓扑结构的变化的Drude等离子体频率的不连续性。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effect of van der Waals interactions on the structural and elastic properties of black phosphorus
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了正交黑磷的结构和弹性性质。的结构参数已被计算使用局域密度近似（LDA），广义梯度近似（GGA），并与几个色散校正，包括范德华相互作用。与实验结果相比，色散修正改善了LDA和GGA的晶格参数。计算再现压力下的实验趋势，并表明范德华相互作用是最重要的结晶b轴，在这个意义上说，他们有最大的影响磷层之间的键合。弹性常数的计算，并发现与实验值吻合良好。计算出的C $_{22}$弹性常数显著大于C $_{11}$和C $_{33}$参数，这意味着黑磷沿a轴比沿b轴和c轴对应变更硬。由计算的弹性常数，得到了材料的体积模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等力学性质。计算得到的喇曼激活光学声子频率及其压力变化与实验结果吻合得很好。
2012-11-15 cond-mat.mtrl-sci
Topological analysis of chemical bonding in the layered FePSe3 upon pressure-induced phase transitions
从理论上研究了层状铁磷三硒化物（FePSe 3）的两个压力诱导相变。基于周期线性原子轨道组合（LCAO）方法和混合Hartree-Fock-DFT B3 LYP泛函的第一性原理计算结果，对FePSe 3中的化学键进行了拓扑分析.第一次相变发生在6 GPa附近，对称性从R-3转变为C2/m，而第二次相变发生在13 GPa附近，对称性从C2/m转变为P-31 m。我们发现，在约13 GPa的带隙的崩溃发生由于在压力下沿c轴方向的磷或硒原子的相对位移引起的FePSe 3的电子结构的变化。电子密度及其Laplacian的拓扑分析结果表明，压力不仅改变了原子间的距离，而且改变了层内和层间磷原子之间的键性质。两种非金属FePSe 3相均不存在层间P-P相互作用，而SMT后，层内P-P相互作用减弱，出现层间P-P相互作用。
2020-11-03 cond-mat.mtrl-sci
Topological Node-Line Semimetal in Compressed Black Phosphorus
基于第一性原理计算和紧束缚模型分析，提出了在不考虑自旋轨道耦合（SOC）的情况下，黑磷（BP）在高压下可以形成三维拓扑节点线半金属态.在费米能级附近的第一布里渊区（BZ）中存在一条闭合的拓扑节线，它受到时间反转和空间反转对称性以及压力驱动的能带反转共存的保护。在Bear（100）表面上获得了鼓面状的表面态。由于磷原子的本征SOC较弱，在SOC存在时，沿节线打开小于10 meV的带隙，并且表面态几乎不受SOC的影响。
2015-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
High-Pressure Synthesis and Characterization of $β$-GeSe - A Semiconductor with Six-Rings in an Uncommon Boat Conformation
二维材料在开发新器件方面具有巨大的潜力。在这里，我们报告的电子和结构性质的$β$ -GeSe，以前未报道的多晶型的GeSe，具有独特的晶体结构，显示出强大的二维结构特征。$β$ -GeSe是在高压和高温下制备的，在环境条件下稳定。我们比较它的结构和电子亲属$α$ -GeSe和黑磷。GeSe的$β$形式显示其Ge-Se六环的船形构象，而先前已知的$α$形式和黑磷显示其六环的更常见的椅形构象。电子结构计算表明，$β$是一种半导体，其体带隙约为$Δ~\approx$ 0.5 eV，单层形式的$Δ~\approx$约为$Δ~\approx$ 0.9 eV.这些值落在$α$ -GeSe和黑磷的值之间，使得$β$ -GeSe成为未来应用的有希望的候选物。我们的$β$晶体的面内测量的电阻率在$ρ\approx$ 1 $Ω$ cm的数量级上，同时基本上与温度无关.
2017-02-02 cond-mat.mtrl-sci
Melting curve of black phosphorus: evidence for a solid-liquid-liquid triple point
本文利用同步辐射X射线衍射和基于黑磷各向异性P-T响应的原位计量方法，精确测定了黑磷的熔化曲线，证实并定位了固-液-液三相点，并揭示了低压区液-固转变的不可逆性。
2023-11-29 cond-mat.mtrl-sci physics.class-ph
Realized Stable BP-N at Ambient Pressure by Phosphorus Doping
本文通过第一性原理模拟发现磷原子掺杂可显著降低黑磷氮的合成压力并使其在常压下稳定，12.5%掺杂构型可实现8.07 kJ/g的能量密度，约为TNT的两倍。
2024-06-20 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anisotropic thermo-mechanical response of layered hexagonal boron nitride and black phosphorus: application as a simultaneous pressure and temperature sensor
本研究利用原位高温高压同步辐射X射线衍射精确测量hBN与bP沿晶轴的热膨胀和压缩率，并基于bP的各向异性提出其可作为0–5 GPa、298–1700 K范围内的温压同测传感器。
2023-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Origin of pressure-induced insulator-to-metal transition in the van der Waals compound FePS3 from first-principles calculations
采用第一性原理计算，采用周期线性组合原子轨道方法和混合Hartree-Fock-DFT B3 LYP泛函，研究了范德华化合物硫代磷酸铁（FePS 3）的压致绝缘体-金属相变（IMT）.我们的计算正确地再现IMT在~15 GPa，这是伴随着减少的晶胞体积和vdW间隙。通过对投影态密度的详细分析，我们发现磷原子的3 p态在导带底部有显著的贡献。结果，由于在压力下磷或硫原子沿c轴方向的相对位移引起的FePS 3的电子结构的变化，发生带隙的塌陷。
2020-02-24 cond-mat.mtrl-sci
Elemental Phosphorus: structural and superconducting phase diagram under pressure
通过在压力高达170 GPa下的电阻率测量和高达350 GPa下的全$ab-initio$晶体结构和超导性计算，研究了磷（P）的压力诱导超导性和结构相变。30多年前，人们就报道了低压下两种不同的超导转变温度（T $_{c}$）与压力（$P$）的关系，这是我们第一次能够重现它们，并根据黑磷的化学亚稳相设计出一致的解释。我们的实验和理论结果形成了一个单一的，一致的图片，不仅提供了一个清晰的理解元素P在压力下，但也揭示了长期存在的和未解决的$anomalous$超导趋势。此外，在更高的压力下，我们预测了一个类似的情况下，多个亚稳结构共存超出其化学稳定性范围。在240 GPa以上的压力下实验上可获得的P的亚稳相应表现出高达15 K的T $_{c}$，即比基态晶体结构的预测值大三倍。我们观察到，所有的亚稳结构系统地表现出更大的转变温度比基态的，这表明亚稳相的探索是一个很有前途的路线，以设计具有改进的超导性能的材料。
2017-03-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Synthesis of thin-film black phosphorus on a flexible substrate
我们报告了一种可扩展的方法来合成一个大面积（高达4毫米）的薄黑磷（BP）薄膜上的柔性基板。我们首先在柔性聚酯基底上沉积一层赤磷（RP）薄膜，然后在室温下在高压多砧室中将其转化为BP。拉曼光谱和透射电子显微镜测量证实了形成的纳米晶体BP薄膜的厚度约为40 nm。光学表征表明，在转换BP的带隙约为0.28 eV，在剥离的薄膜中测得的带隙类似。薄膜BP晶体管表现出约0.5 cm 2/Vs的场效应迁移率，这可能会进一步提高在高温下的转换过程的优化。我们的工作为将来大规模、高质量的薄膜黑磷的示范开辟了道路。
2015-08-21 cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Quantum Transport Properties in Semimetallic Black Phosphorus
本文研究了黑磷单晶在常压和静水压力下的磁电阻效应。在压力低于0.71 GPa的半导体状态下，磁电阻显示出周期性振荡，这可以归因于高迁移率半导体的特征磁-声子共振。在1.64 GPa以上的金属态，横向和纵向磁电阻都表现出钛的增加，并表现出叠加的Shubnikov-de Haas振荡。所观察到的小费米表面，高迁移率和轻的有效质量的载体在半金属黑磷中的铋和石墨的代表性元素半金属。
2015-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other cond-mat.str-el
Terahertz Saturable Absorption from Relativistic High-Temperature Thermodynamics in Black Phosphorus
研究黑磷沿armchair方向的非线性太赫兹电动力学，提出基于电子浴快速热化的热力学模型，发现相对论性有质量Dirac色散可解释其反常THz饱和吸收，为调控其他有质量Dirac材料的强THz非线性响应提供了策略。
2023-10-20 cond-mat.mtrl-sci
New strategy for black phosphorus crystal growth through ternary clathrate
本文报道了一种新的合成方法，在较低的合成温度和压力下，通过三元包合物Sn $_{24}$ P $_{22-x}$ I $_8$生长大尺寸黑磷（Black-P）晶体。黑磷晶体在原来的固体包合物所在的位置原位生长，这表明化学气相矿化剂对黑磷的形成并不起关键作用。更详细的系统研究表明，三元笼形化合物Sn $_{24}$ P $_{22-x}$ I $_8$中的P空位对后续由磷蒸气合成Black-P具有重要作用，Black-P晶体的生长可能遵循汽-固-固（VSS）模型。在机械切割的薄片上，从霍尔测量获得的室温迁移率μ为约350 $cm^2/Vs$，其中可见明显的微裂纹。所获得的高迁移率值进一步表明通过该途径合成的Black-P晶体的高质量。
2017-12-04 cond-mat.mtrl-sci
High-Pressure Synthesis of a Massive and Non-Symmorphic Dirac Semimetal Candidate MoP$_4$
采用高压技术成功地合成了具有黑磷衍生结构的MoP $_4$单晶和多晶样品。多晶样品在低温下表现出大的正磁阻和小的负塞贝克系数，反映了具有高迁移率电子的半金属性质。与输运性质一致，能带结构计算揭示了半金属态，存在两种类型的狄拉克节点略低于费米能级。沿$Γ$ -X方向垂直于磷层的狄拉克节点在存在自旋轨道耦合（SOC）的情况下是有间隙的，而Z点处的带交叉由于非对称对称性而不受SOC的影响。这项工作表明了磷基层状Zintl化合物的拓扑半金属候选人允许化学能带工程的巨大潜力。
2021-11-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Metastable Interlayer Frenkel Pair Defects by Dipole-like Strain Fields for Dimensional Distortion in Black Phosphorus
黑磷中原子空位的低形成能使其可以作为探索层间空位-空位（I-V）对（即Frenkel缺陷）动力学的理想原型系统，所述层间空位-空位对解释Wigner能量释放。基于黑磷的少层模型，我们进行了离散几何分析，并从第一性原理计算研究了紧密层间Frenkel对的结构动力学.我们揭示了一个高度亚稳的I-V对状态驱动的各向异性偶极类应变场，可以建立相邻层之间的强连接。在2D极限（单层），亲密的I-V对表现出相对较低的形成能为1.54 eV，并积极有利于其孤立的成分高达1.68 eV。在双层膜中，Frenkel对湮灭的势垒为1.46 eV，这明显高于石墨中类似缺陷的势垒。在这项工作中报告的结果表明，存在丰富的桥接途径，在黑磷，导致稳定的尺寸减少和结构凝聚暴露于适度的电子激发或热退火。这项研究为通过引入这种亚稳态层间I-V对缺陷来创造新的磷的维度混合多晶型物铺平了道路。
2019-12-01 cond-mat.mtrl-sci
Electronic origin of the incommensurate modulation in the structure of phosphorus IV
最近在压力范围为107-137 GPa的P-IV相的轻V族元素磷中发现了无公度调制结构。我们考虑配置的布里渊区和费米球内的近自由电子模型，以分析这些配置的晶体结构能量的重要性。对于具有基心正交结构的相P-IV，oC 2，我们考虑具有沿c轴的11倍超晶胞和等于3/11的调制波矢量的相称近似，其接近于实验观察到的值0.267。由于调制引起的原子位移导致卫星反射的出现，从而形成额外的布里渊区平面。这种结构的稳定性归因于由于布里渊区-费米表面相互作用而导致的电子能带结构能量的降低。
2009-11-12 cond-mat.mtrl-sci
Intercalant-independent transition temperature in superconducting black phosphorus
黑磷（BP）的研究在过去几年中经历了一次复兴，在证明了少层BP具有高载流子迁移率和厚度依赖的带隙之后。很长一段时间以来，人们也知道大块BP在超过10 GPa的高压下是超导体。超导性是由于结构转变成另一种磷的同素异形体，并伴随着磷-金属的转变。尽管在文献中报道了几次尝试，但BP本身（也就是说，在其正常的正交形式下）无法实现超导性。本文介绍了几种碱金属（Li、K、Rb、Cs）和碱土金属Ca对BP的成功插层。发现所有的嵌入化合物都是超导的，表现出相同的（在我们的实验精度范围内）临界温度3.8 ± 0.1 K，并且在超导状态下具有几乎相同的特性。如此普遍的超导性，与化学成分无关，是非常罕见的。我们将其归因于重掺杂磷烯层的本征超导电性，而金属原子的夹层主要起着电荷库的作用。
2017-02-16 cond-mat.mtrl-sci
High quality sandwiched black phosphorus heterostructure and its quantum oscillations
二维材料，如石墨烯和过渡金属硫属化合物，由于其丰富的物理性质和在下一代纳米电子器件中的潜在应用，引起了人们极大的关注。近年来，原子级薄的黑磷（BP）由于具有高理论迁移率和可调带隙结构而成为二维材料家族的新成员。然而，在大气条件下的性能退化和高密度的电荷陷阱在很大程度上限制了它的流动性（~400 cm 2/Vs在室温下），从而限制了它的未来应用。在这里，我们报道了通过在六方氮化硼（BN）层之间封装原子级薄的BP来实现超净BN-BP界面的稳定BN-BP-BN异质结构的制造，该界面允许在室温下的创纪录高场效应迁移率~1350 cm 2/Vs和超过10^5的开关比。在低温下，迁移率达到~2700 cm 2/Vs，在低磁场下观察到BP二维空穴气的量子振荡。重要的是，BN-BP-BN异质结构可以有效地避免BP在环境条件下的质量下降。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Phonon-mediated superconductivity in two-dimensional hydrogenated phosphorus carbide: HPC$_{3}$
近年来，人们报道了常压下的三维高温超导体，典型的例子有聚氢氧化物$_{3}$ S、LaH $_{10}$和YH $_{9}$等。寻找常压下的二维高温超导体是另一研究热点。本文基于第一性原理计算研究了氢化单层碳化磷中可能的超导电性。结果表明，单层PC $_{3}$在氢化后从半导体转变为金属。有趣的是，C- $π$ -键带对费米能级的态贡献最大。基于电子-声子耦合机制，计算得到HPC $_{3}$的电子-声子耦合常数为0.95，这主要源于C- $π$电子与C和H的面内振动模的耦合。计算的临界温度$T_{c}$为31.0 K，高于大多数二维超导体的临界温度。通过进一步施加3 $\%$的双轴拉伸应变，$T_{c}$可以被提升到57.3 K，超过McMillan极限。因此，氢化和应变是提高二维材料超导$T_{c}$的有效途径。
2022-01-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Quantum Oscillations in Black Phosphorus Two-dimensional Electron Gas
二维电子气（2DEG）是凝聚态物理实验发现和概念发展的重要来源。当与二维（2D）晶体的独特电子性质相结合时，可以在量子水平上探索丰富的新物理现象。在这里，我们创建一个新的2DEG在黑磷，最近的成员的二维原子晶体家庭，使用门电场。我们通过将黑磷2DEG放置在六方氮化硼衬底（h-BN）上来实现黑磷2DEG中的高载流子迁移率。这使我们能够首次观察到这种材料中的量子振荡。振荡的温度和磁场依赖性产生关于系统的关键信息，例如回旋质量和其载流子的寿命。我们的研究结果，再加上黑磷具有可调的，直接带隙的各向异性能带的事实，区分黑磷2DEG作为一种新的系统，具有独特的电子和光电性能。
2014-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Two Dimensional Phosphorus Oxides as Energy and Information Materials
二维（2D）黑磷（即，磷烯）已经成为电子学中的一颗冉冉升起的新星。最近，已经合成了具有更高稳定性的2D磷氧化物。本文基于全局优化方法和第一性原理计算，系统地研究了二维磷氧化物的结构和性质。我们发现二维磷氧化物PxOy的结构特征随氧浓度而变化。当氧含量较低时，氧原子吸附在磷烯上，可以得到最稳定的二维PxOy。然而，当氧浓度变得丰富时，稳定的结构不再基于磷烯，而是包含P-O-P基序。对于二维P4 O 4，我们发现它具有直接带隙（约2.24 eV），良好的光吸收，在水中的高稳定性，这表明它可能是光化学水裂解应用的良好候选者。有趣的是，2D P2 O3采用两种可能的稳定铁电结构（P2 O3-I和P2 O3-II）作为给定层厚度内的最低能量配置。P_2O_3-I和P_2O_3-II的电极化的强度分别垂直和平行于侧面。我们建议，二维P2 O3可以用于一种新的纳米级多态存储器设备。我们的工作表明，二维磷氧化物可能是优秀的功能材料。
2016-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Protected Dirac Cones in Compressed Bulk Black Phosphorus
使用k.p理论和第一性原理模拟，我们报告说，对黑磷施加中等压力（> 0.6 GPa）可以减小其带隙，并产生一维甚至二维（2D）狄拉克锥，使这种材料在新型非化合物拓扑绝缘体中脱颖而出。类似于拓扑绝缘体，这些二维狄拉克锥由两种竞争机制产生：独特的线性能带色散倾向于通过“伪自旋轨道”耦合打开带隙，而能带对称性要求保留材料的无带隙光谱。此外，这些独特的狄拉克锥是不需要时间反演对称性的体态，因此即使在存在表面或磁扰动的情况下，它们也是鲁棒的。最终，我们表明，我们的预测可以检测到材料的不寻常的朗道水平。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Dirac-semimetal phase diagram of two-dimensional black phosphorus
黑磷（BP）是一种层状范德华材料，据报道具有对外部扰动敏感的带隙，并且当其带隙闭合时表现出Dirac半金属相。以前的研究集中在每个扰动的影响，缺乏一个统一的图片带隙关闭和狄拉克半金属相。在这里，使用赝自旋从滑移反射对称性，我们研究的电子结构的单层和双层BP和构建的Dirac半金属相的相图在有关的压力，应变，和电场的参数空间。我们发现BP层中的Dirac-半金属相在相图中是单连通的，表明无论间隙闭合机制如何，该相都是拓扑相同的。我们的研究结果可以推广到各向异性层状材料中的Dirac半金属相，并对寻找新的拓扑材料和器件具有指导作用。
2016-11-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic and optical properties of crystalline nitrogen versus black phosphorus: A comparative first-principles study
结晶黑氮（BN）是最近由两个独立的研究小组在高压下合成的具有黑磷（BP）结构的氮的同素异形体[Ji等人，Sci. Adv. 6，eaba 9206（2020）; Laniel等人，物理修订版信函124，216001（2020）]。在这里，我们提出了一个系统的研究BN的电子和光学性质的重点与BP的比较。为此，我们使用国家的最先进的准粒子自洽$GW$的方法与顶点校正的电子和光学通道。尽管有许多相似之处，BN的性质被发现是相当不同的。与BP不同，BN具有更大的光学带隙（2.5对0.26 eV），使BN在可见光谱区透明，具有高度各向异性的光学响应。这种差异可以主要归因于BN中的介电屏蔽的显著降低，从而导致有效库仑相互作用的增强。尽管库仑相互作用相对较强，但这两种材料中激子的形成在很大程度上受到抑制。我们的弹性性能的分析表明BN的刚度非常高，与金刚石相当。
2022-05-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Thermoelectric response across the semiconductor-semimetal transition in black phosphorus
本研究通过压力调控黑磷实现半导体到半金属的转变，追踪塞贝克系数演化，利用珀尔帖电导率揭示本征热电响应，阐明载流子散射对塞贝克系数的关键作用。
2023-08-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Magnetic-field-induced electronic instability of Weyl-like fermions in compressed black phosphorus
本研究通过核磁共振与能带计算，发现在静水压下的黑磷中，平行于倒易空间节环的磁场会诱导Weyl-like费米子的电子不稳定性，并在约1.0 GPa下观测到反常自旋涨落达到最大，为探索强耦合Weyl-like费米子提供了材料平台。
2023-10-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Strain-engineered Majorana Zero Energy Modes and ϕ0 Josephson State in Black Phosphorus
我们发展了一个理论，用于研究黑磷（BP）器件与超导体近接耦合中Majorana零能模的应变控制和约瑟夫森效应。采用现实的值的带参数受到应变，我们表明，应变关闭BP的本征带隙，然而，从超导体的邻近效应重新打开它，并创建狄拉克和Weyl节点。我们的研究结果表明，马约拉纳零能平带连接的带反转的制度，其中它们相关的态密度是本地化的设备的边缘内的节点。在铁磁介导的约瑟夫森配置中，交换场除了产生对应于自发超电流的0.50相移之外，还在超导相位关系中诱导超谐波，并且应变提供了控制这些现象的有效工具。我们分析了我们的研究结果的实验意义，并表明，他们可以铺平道路，创造一个丰富的平台，研究二维狄拉克和外尔超导。
2018-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
High-pressure synthesis of boron-rich chalcogenides B12S and B12Se
在高温高压条件下，通过元素的化学反应合成了两种与α-菱面体硼同构的富硼硫族化合物B12 S和B12 Se。通过Rietveld精修和元素分析确定了两种化合物的晶体结构和化学计量。首次研究了B_（12）S和B_（12）Se的拉曼光谱。所有观察到的拉曼谱带都归属于理论计算的声子模，并进行了模式归属。
2021-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Water splits to degrade two-dimensional group-IV monochalcogenides in nanoseconds
到目前为止，使用类似于石墨烯或磷烯生产中所遵循的工艺的层状IV族单硫族化合物-与黑磷同构的半导体-的实验剥离已经证明是不成功的，好像在黑磷中观察到的化学降解在这些单硫族化合物中加剧了。在这里，我们记录了这些材料在标准温度和压力条件下，在室温下的Car-Parrinello分子动力学计算在十纳秒内容易解离的水。这些结果表明，湿度必须完全根除成功剥离单层，例如，通过将样品在机械剥离过程中的疏水溶液。从另一个材料的角度来看，这些在没有照明的情况下从水中产生单个氢离子的二维材料可能与氢生产和储存的应用有关。
2018-10-05 cond-mat.mtrl-sci
Pressure Induced Thermodynamically Stable and Mechanically Robust Li-rich Unknown Li-Sn Compounds: A Step Towards Improvement of Li-Sn Batteries
锂化过程中锡负极的体积膨胀和弹性软化导致锡的机械降解和粉化，影响锂锡电池的整体性能。然而，它可以通过使用外来的高压淬火相作为预锂化试剂来克服。此外，它是已知的，在压力下，许多不寻常的化学计量，这是在环境压力下基本上是不可能的，可以合成，甚至可以生存的减压从高到环境pressure.因此，我们进行了全面的研究，使用进化算法和密度泛函理论为基础的模拟，以了解在1大气压至20 GPa的压力范围内的Sn阳极的锂化。在常压和中等压力下，确定了所有稳定和亚稳Li-Sn化合物的基态结构，并研究了它们的性质，以了解压力在重新定义锂离子电池充放电过程中反应机理中的作用。除了已知的现有的Li-Sn化合物，我们的研究揭示了存在五个未报道的化学计量比（Li 8 Sn 3，Li 3Sn 1，Li 4Sn 1，Li 5Sn 1和Li 7Sn 1）和它们在环境和高压下的相关晶体结构。虽然Li 8 Sn 3已被鉴定为在整个压力范围（1 atm-20 GPa）中最稳定的Li-Sn化合物之一，但是压力诱导的富Li化合物如Li 5Sn 1和Li 7Sn 1已被分类为分别提供比已知的最多锂化相的容量（即，最重要的是，我们的计算显示在20 GPa下体积膨胀减少约50%，并且揭示了施加压力可以减少Li电镀的机会并改善机械性能，这是使电池更安全和寿命更长所期望的。
2016-12-20 cond-mat.mtrl-sci
Ternary Hypervalent Silicon Hydrides via Lithium at High Pressure
氢很少被观察到作为超价物种的配体，然而，我们发现高压氢化可以稳定超价富氢材料。在锂掺杂的三元硅单晶中，我们发现在高压下形成了由高价硅和氢配体组成的阴离子。我们的研究结果揭示了两个新的超价阴离子：层状SiH $_{5}^{-}$和三帽三角棱柱SiH $_{6}^{2-}$。这些不同于早期研究中描述的八面体SiH $_{6}^{2-}$。此外，还有可在高压下稳定的其它富氢结构Li $_{3}$ SiH $_{10}$和Li $_{2}$ SiH $_{6+δ}$。我们的工作为今后对富氢材料的研究提供了指导。
2020-10-04 cond-mat.mtrl-sci
Tunable Flat Bands and magnetism in Triangulene-based Superatomic Graphene
Sun Yat-sen University（中山大学）；University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Donghua University（东华大学）；Guilin University of Technology（桂林理工大学）
通过磷掺杂三角烯自下而上合成超原子石墨烯，利用STM/S证实其狄拉克带和平带电子结构，DFT揭示平带源于面内p_x,y轨道并导致半金属性，氧功能化实现电子结构与磁序的可调调控。
2026-06-19 cond-mat.mtrl-sci
Equations of state of new boron-rich selenides B$_6$Se and B$_{12}$Se
最近在高温高压条件下合成了两种新型的富硼硒化物：正交晶系的B $_6$ Se和菱方晶系的B $_{12}$ Se。在金刚石对顶砧装置上用同步辐射粉末X射线衍射研究了这些相的室温压缩。用三阶Birch-Murnaghan状态方程对实验p-V数据进行拟合，得到B $_{12}$ Se的体模量为155（2）GPa，B $_6$ Se的体模量为144（3）GPa。在所研究的压力范围内没有观察到压力诱导的相变，即，高达35 GPa。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci
Crossover from Metal to Insulator in Dense Lithium-Rich Compound $\textrm{CLi}_{4}$
通过\emph{ab} \emph{initio}演化方法研究了$\textrm{CLi}_4$化合物的晶体结构。揭示了在压力作用下，随着压力的增加，从金属到半金属和半导体，最终到绝缘体的相变。采用\emph{ab} \emph{initio} \emph{GW}计算方法，用费米面填充比和电子能带隙定量描述了压力诱导抗金属化的演化.反金属化归因于杂化价电子和它们被芯电子排斥到晶格间隙中。在金属相中发现了非常弱的电子-声子耦合作用，导致非常低的超导温度。
2016-01-11 cond-mat.mtrl-sci
Uranium polyhydrides at moderate pressures: prediction, synthesis, and expected superconductivity
富氢超导体引起了人们极大的关注，这是由于最近在理论上（1）和实验上发现了H3 S中创纪录的高温超导性（155 GPa时Tc = 203 K（2））。在这里，我们寻找稳定的铀的压力高达500 GPa的从头进化晶体结构预测。U-H系统的化学成分非常丰富，有14种新化合物，包括富氢的UH 5、UH 6、U2 H13、UH 7、UH 8、U2 H17和UH 9。它们的晶体结构是基于共同的f.c.c.或h. c. p.铀亚晶格和不寻常的H8立方簇。我们在1-103 GPa的高压实验证实了预测的UH 7，UH 8和UH 5的三个不同阶段，提高了对其他阶段预测的信心。许多新预测的相有望成为高温超导体。最高Tc的超导体是UH 7，预计在22 GPa以上的压力下（Tc = 44-54 K）是稳定的，并且在减压到零压力时（Tc = 57-66 K），该相保持动态稳定。
2018-04-24 cond-mat.mtrl-sci
High-energy-density and superhard nitrogen-rich B-N compounds
压力诱导双原子氮转化为非分子聚合物相可能产生潜在有用的高能量密度材料。我们将第一性原理计算与结构搜索相结合，预测了一类新的富氮氮化硼，其化学计量比为B3 N5，在环境压力下相对于固体N2和h-BN是稳定或亚稳定的。在环境压力下最稳定的相具有层状结构（h-B3 N5），其包含夹有插入的自由旋转的N2分子的六方B3 N3层。在15 GPa时，具有单N-N键的三维C2221结构最稳定。该压力远低于纯固体氮中三键到单键转化所需的压力（110 GPa）。更重要的是，C2221-B3 N5是亚稳态的，并且可以在环境条件下回收。其能量密度为3.44 kJ/g，是一种潜在的高能量密度材料。此外，应力-应变计算估计维氏硬度为44 GPa。结构搜索揭示了一种新的笼形方钠石状BN结构，在环境条件下是亚稳态的。
2015-08-14 cond-mat.mtrl-sci
A Raman Investigation of PbZr0.94Ti0.06O3 Ceramics Under High-Pressures
本文研究了PbZr（0.94}Ti（0.06）O_3的Raman光谱随流体静压的变化。新的结构相的基础上进行的PZT系统在室温和高压下具有不同的Ti浓度以前的工作进行了鉴定。结果表明，PbZr（0.94}Ti（0.06}O3）在3.7 GPa压力下呈现丰富的相序：菱方（LT）{0.3 GPa}正交（I）{2.9 GPa}正交（I '）。这一顺序不同于PbZr（0.90）Ti（0.10）O3的顺序，表明富锆PZT体系的浓度-压力相图是一个非常有趣的现象。
1999-05-26 cond-mat.mtrl-sci
Freestanding LiPON: from Fundamental Study to Uniformly Dense Li Metal Deposition Under Zero External Pressure
本文提出自支撑 LiPON 薄膜的合成方法，利用其高信噪比表征揭示界面键合与玻璃化转变，并在零外部压力下实现均匀致密锂金属沉积，为固态电池界面工程提供新思路。
2023-04-12 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of novel hydrogen chlorides under high pressure
HCl是极性共价分子的“教科书”例子，是众所周知的氢和氯的化合物。受氯化钠化学计量比的发现的启发，我们使用可变组成从头进化算法USPEX对从环境压力到高达500 GPa的更高压力的H-Cl体系中的所有稳定化合物进行了系统的搜索。我们发现了几种在压力下稳定的化合物，即HCl、H $_2$ Cl、H $_3$ Cl、H $_5$ Cl和H $_4$ Cl $_7$，它们显示出丰富多样的化学键合类型。在常压下，H $_2$、Cl $_2$和HCl分子通过弱的范德华相互作用形成分子晶体，相邻的HCl分子相互连接形成不对称的锯齿形链，在高压下这些链变得对称。在富氢氯化物中，H $_2$和HCl反应形成化学稳定的H $_3$ Cl结晶化合物，其中分子环状H $_3^+$阳离子通过Cl $^-$亚晶格稳定。增加氢的量导致稳定的固态H $_5$ Cl，其中H $_2$与H $_3^+$形式上结合形成H $_5^+$阳离子。此外，氯基Kagomé层在富含氯的盐中由插入的锯齿形HCl链形成。这些发现有助于理解在极端条件下，不同的键合特征如何在一种化合物中共存和演变。
2015-08-06 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopy of graphite with water as the pressure medium
本研究以水为传压介质开展最高9.9GPa的石墨-水混合物高压拉曼光谱研究，观测并追踪了富石墨区的三个拉曼特征及富水区的振动带与O-H伸缩模，发现8GPa以上压力依赖斜率较此前报道降低，凸显更高压研究的必要性。
2025-09-02 cond-mat.mtrl-sci
Sodium Pentazolate: a Nitrogen Rich High Energy Density Material
五氮唑钠盐NaN 5和Na 2N 5是在对不同量元素钠和氮的化合物进行第一性原理晶体结构研究的过程中发现的一种新型高能量密度材料。五唑阴离子N5-在超过20 GPa的压力下通过钠Na+阳离子稳定在凝聚相中，并且在压力释放时变得亚稳。叠氮化钠（NaN 3）前体预计在50 GPa以上经历化学转化成五唑钠NaN 5和Na 2N 5。计算得到的NaN 5的拉曼光谱与NaN 3压缩和加热后出现的先前未识别物质的实验拉曼光谱一致。
2015-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Decomposition and terapascal phases of water ice
计算搜索的稳定和亚稳结构的水冰和其他H：O组合物在TPa的压力，使我们预测，H $_2$ O分解成H $_2$ O $_2$和富氢相在压力略高于5 TPa。富氢相在很宽的氢含量范围内是稳定的，当H $_2$ O与氢接触时，它可能在气体巨星核心的冰成分的侵蚀中发挥作用。金属化的H $_2$ O的预测在一个较高的压力略高于6 TPa，因此H $_2$ O不具有化学稳定的低温金属形式。我们还发现了一种新的、丰富的复杂的水冰相矿物学，它在0.8- 2 TPa压力范围内比以前预测的任何一种都要稳定。
2013-06-24 cond-mat.mtrl-sci
