Cristaux | Texte intégral gratuit | Effet de l’inadéquation du réseau sur la stabilité du composé de couche inadaptée (SnS)1+xNbS2

Depuis leur découverte à la fin des années 1980, les composés à couches mal ajustées font l’objet de recherches intensives [1,2]Ces composés ont la formule chimique (MX)_1+xTX₂ (M = Sn, Pb, Bi, Sb, éléments des terres rares ; X = S, Se, Te ; T = Ti, V, Cr, Nb et Ta), avec des structures d’intercroissance planes [1,2,3,4]MX et TX₂ Les pièces ont des épaisseurs inférieures à la nano. La pièce MX se compose généralement d’une couche biatomique d’un constituant de type sel gemme déformé et de la TX₂ La partie est constituée d’une couche triatomique avec un atome de métal de transition (T) pris en sandwich par deux atomes X. Les interactions intra dans MX et TX₂ les pièces sont solides, tandis que les interactions intercouches entre MX et TX₂ sont faibles, étant de type van der Waals. Structurellement, les deux parties sont incommensurables dans au moins une orientation. Cristallographiquement, ces composés manquent de périodicité tridimensionnelle. Les composés à couches mal adaptées présentent des propriétés physiques inhabituelles [1,4,5,6,7,8] et des applications potentielles, notamment en tant que dispositifs électroniques bidimensionnels [4,5,6,9,10,11]De plus, les défauts de réseau fournissent une plate-forme sur laquelle explorer l’énergétique et les contraintes de liaison locales des hétérostructures et concevoir de nouvelles structures quantiques et propriétés électroniques. [5,6,7].

Des efforts expérimentaux et théoriques ont été réalisés pour comprendre la stabilité et la liaison chimique des composés à couches mal ajustées. Les expérimentateurs se sont concentrés sur la synthèse de nouvelles formes, par exemple les nanotubes [1,4,5,9,10,11,12,13,14]détermination structurelle à l’aide de la théorie des groupes du super-espace [1,15,16,17]mesures des propriétés physiques, y compris le transport électrique et thermique et les propriétés électroniques et magnétiques [4,5,6,8,18,19,20]et caractéristiques spectroscopiques [4,21,22,23,24,25,26,27]Les expériences ont permis de mieux comprendre les propriétés électroniques et les liaisons chimiques dans ces systèmes. Les progrès récents incluent de nouvelles approches de synthèse et produisent de nouveaux éléments, notamment des ferrocristaux, qui ont des MX ou des TX plus épais₂ couches [28,29].

Des efforts théoriques ont été réalisés pour comprendre la liaison chimique dans les composés à couches mal ajustées [22,25,29,30,31,32,33,34,35,36,37]L’analyse des liaisons a été appliquée pour étudier les interactions entre les couches, y compris le transfert de charge. [22,30,31]Des calculs de structure de bande basés sur les premiers principes ont été appliqués à divers composés de couches mal adaptées pour mieux comprendre les interactions entre les couches. [22,25,32,33,34,35,36,37]Néanmoins, la dépendance de l’inadéquation du réseau sur la stabilité et la liaison chimique est encore largement inconnue.

(SnS)_1.17NBS₂ a été considéré comme un prototype de composés de couches inadaptées [1,4,5,38]. La structure de ce composé a été déterminée en utilisant l’approche de diffraction des rayons X sur monocristal [38,39]Il est constitué en alternance d’un métal NbS₂ couche triatomique, avec des atomes Nb pris en sandwich par des atomes S, et une couche biatomique isolante SnS présentant une disposition atomique déformée de type NaCl.₂ et les sous-systèmes SnS ont des cellules unitaires orthorhombiques centrées sur C, qui ne correspondent pas le long de l’orientation dans le plan. Les mesures des propriétés de transport électrique ont révélé que ce composé inadapté est métallique de type p avec environ 0,87e/Nb de trous selon les mesures de l’effet Hall [38]. La spectroscopie de photoémission a révélé l’occupation presque complète des états Nb 4d, indiquant un transfert de charge de la partie (SnS) vers la partie (NbS₂) partie [22,23,40]. (SnS)_1.17NBS₂ était le premier composé de couche inadaptée dont la structure de bande a été étudiée par la théorie fonctionnelle de la densité de premiers principes dans le cadre de l’approximation de densité locale (LDA) pour un approximant (SnS)_1.20NBS₂ [22]. Transfert de charge de la couche SnS vers la couche NbS₂ couche a été révélée. Cependant, dans le premier calcul, les forces de van der Waals et l’effet du paramètre d’inadéquation x dans la formule (SnS)_1+xNBS₂ n’ont pas été inclus. Récemment, Gotoh [31] déterminé la modulation atomique dans la couche d’inadaptation bidimensionnelle (2D) (SnS)_1.17NBS₂ au moyen d’une modélisation précise de la structure cristalline composite incommensurable. L’étude a suggéré une lacune de soufre dans la partie SnS. Sur la base de calculs de structure de bande de premier principe, la lacune de La dans la partie LaS a été proposée dans le composé de couche inadaptée (LaS)_1.20CrS₂ [36,37]. Kabliman et al. ont réalisé une étude ab initio sur la stabilité du (PbS)_1.14TaS₂ en utilisant différents ratios de PbS et TaS₂ et a obtenu la gamme de composition de haute stabilité par rapport aux composés binaires parentaux [33].

Les progrès récents dans le domaine des sciences computationnelles des matériaux ont permis l’étude de systèmes de plus grande taille avec une grande fiabilité et une grande précision. La stabilité du composé de couche inadaptée (SnS)_1.17NBS₂ est étudié ici en utilisant les approximants (SnS)_1+xNBS₂ avec x = 0,200, 0,167 et 0,143, en utilisant la théorie fonctionnelle de la densité des premiers principes avec des corrections de van der Waals créées par Klimes et al. [41,42]. De plus, les effets des lacunes de Sn ou de S dans la partie SnS sur les propriétés électroniques et la liaison intercouche sont examinés. Les informations obtenues ici sont non seulement utiles pour mieux comprendre la stabilité, les compositions chimiques, la structure cristalline et la liaison chimique dans le composé de couche inadaptée (SnS)_1.17NBS₂ et d’autres composés de couches inadaptées [1,2,3,4,22]mais également pertinent pour les cristaux ferriques et leur modification par dopage [10,24,28]et même d’autres matériaux inhabituels, tels que FeCl₃/graphène avec des caractéristiques inadaptées [43].