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应变诱导的Ga2O3薄膜亚稳相稳定化
摘要： 众所周知，体材料中的亚稳态和瞬态结构可通过外延应变（异质外延）及通常远离平衡态的适宜生长条件在薄膜中实现稳定化。然而异质外延机制——尤其是名义上不稳定或亚稳相如何获得稳定性的原理——仍基本未明。对于薄膜氧化镓（Ga?O?）而言，这一现象尤为引人入胜：在空间与尺寸受限的不同生长条件下，可能共存多种晶体相。本研究利用像差校正扫描透射电子显微镜（STEM），揭示了沿不同取向的Ga?O?/Al?O?薄膜-衬底界面处外延应变的原子级发展与分布规律。 研究发现：仅数层亚稳态α-Ga?O?结构通过与衬底直接接触来容纳失配应变；紧随约几个晶胞厚度的外延α-Ga?O?结构后，会出现4~5层作为中间结构的瞬态相以释放失配应变；在此瞬态晶体相之后，名义上不稳定的κ-Ga?O?相最终稳定成为薄膜主要相形态。研究表明，外延应变通过氧多面体的精妙重排得以有效调控：当结构承受较大压应变时，Ga3?离子仅占据氧八面体位点形成致密结构；随着压应变逐渐释放，越来越多Ga3?离子进入氧四面体位点，导致体积膨胀与相变发生。过渡相的结构通过高分辨电子显微镜（HREM）观测并结合密度泛函理论（DFT）计算得以确定。该研究从原子尺度提供了洞见，对利用外延工程设计功能薄膜材料具有重要启示。
关键词： κ-氧化镓，失配应变，α-氧化镓，亚稳相，像差校正扫描透射电子显微镜
更新于2025-09-23 15:23:52
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停滞火焰中制备的纳米晶TiO?的多态性：TiO?-II相的形成
摘要： 通过层流预混驻焰实现单步合成，制备出一种被称为α-PbO2型TiO2或TiO2-II的亚稳态"高压"相。通过调节氧/燃料比还可获得锐钛矿、金红石和TiO2-B等其他三种TiO2多晶型。在贫氧火焰条件下，TiO2-II与金红石形成混合相。据我们所知，这是首次在火焰合成的TiO2中观测到该相。常压火焰中TiO2-II的形成无法用热力学解释，推测是通过亚氧化物TiO(2-x)中间体的氧化和固态转变动力学驱动。该机制下，金红石并非直接从熔融/非晶态成核，而是由亚稳态TiO2-II相形核生成。本方法在轻微贫氧火焰中制备的含锐钛矿-金红石-TiO2-II三相纳米异质结混合物，可能因增强电子-空穴分离效应而在光催化领域具有重要价值。
关键词： 亚稳相、二氧化钛、多晶型、TiO2-II、火焰合成
更新于2025-09-23 15:59:19
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通过锗纳米线生长后反应制备具有相控亚稳态段的轴向异质结构
摘要： 亚稳态晶体相通过提供超越热力学稳定晶体的材料特性，展现出实现新功能的潜力。虽然体相亚稳态相的制备需要快速淬火或高压等非平衡过程，但纳米尺度的尺寸效应可在温和加工条件下促进其形成与稳定。本研究通过生长后处理实现了稳定半导体（Ge）与亚稳态金属（AuGe）交替段轴向异质结构的可控构建：先在Ge纳米线表面包覆Au，再以石墨碳壳封装，经中温退火使Au与Ge在熔体中合金化，最后缓慢冷却结晶。该方法可进一步拓展至Ge纳米线中二元AgGe及三元AuAgGe合金段异质结构的制备。金属合金会呈现不同的亚稳态晶体相，其选择机制与纳米线直径相关——这源于液态AuGe（及AgGe）中Ge溶解度的尺寸依赖性，以及富Ge AuGe熔体中的独特结构基元?；诖耍颐窃诒”谥嵯蚍侄蜧e-AgGe纳米线中建立了此前未知的亚稳态γ-AgGe相。该发现为纳米线中稳定相与亚稳态固相轴向异质结构的合成开辟了新途径。
关键词： 异质结构、尺寸效应、金锗合金、银锗合金、亚稳相、纳米线、相选择、金银锗合金
更新于2025-09-11 14:15:04
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晶体
摘要： 过渡金属二硫化物为探索激动人心的新物理现象和器件应用开辟了新途径。作为代表性体系，2H相二硫化钼因其具有大带隙、简并能谷和非零贝里曲率的独特能带结构而备受关注。然而长期以来，亚稳态1T多型体的实验研究面临挑战——由于无法获得单一相（其晶格结构中必然共存1T、1T'和1T''构型），其电子特性始终模糊不清，这阻碍了二硫化钼在未来纳米器件和光电器件中的广泛应用。我们以Kx(H2O)yMoS2为前驱体，成功制备出具有√3a超晶格的高质量层状亚稳态1T''-MoS2晶体和具有×2a超晶格的亚稳态1T'-MoS2晶体，扫描隧道显微镜、拉曼光谱和X射线衍射的结构表征证实了这一成果。研究发现：亚稳态1T'-MoS2是超导体，起始转变温度(Tc)达4.2K；而亚稳态1T''-MoS2则表现出5.3K超导态或绝缘态行为，这强烈依赖于合成工艺。这两种亚稳态多型体晶体均可在氦气氛围中经约70°C温和退火转变为稳定2H相。这些发现为理解二硫化钼1T多型体的原子构型与物理性质提供了关键依据。
关键词： 过渡金属二硫化物、二硫化钼、亚稳相、超导性、结构表征
更新于2025-09-10 09:29:36
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飞秒衍射研究冲击压缩下铋的固液相变
摘要： 铋长期以来一直是研究高压下相变和熔融的典型体系。然而，尽管经过数十年的实验研究，铋对快速（冲击）压缩的晶格级响应，以及动态过程中出现的结构与缓慢（静态）压缩中观察到的结构之间的关系，仍尚未被清晰理解。我们利用飞秒X射线衍射确定了冲击压缩铋至68 GPa的结构响应，从而首次以前所未有的细节揭示了相变序列和状态方程。我们发现，受冲击的铋表现出显著偏离平衡行为——未观察到非公度Bi-III相，而是出现了一种新的亚稳态相，并且与静态压缩研究相比，Bi-V相在显著更低的压力下形成。我们还首次直接测量了受冲击液体中的结构变化。这些观察揭示了受冲击材料的固相和液相中的新行为，并为比较静态和动态数据集的有效性提供了重要见解。
关键词： 液体结构、铋、飞秒X射线衍射、亚稳相、冲击压缩、相变
更新于2025-09-09 09:28:46
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溅射Ti1-xAlxN薄膜亚稳相形成的建模
摘要： 亚稳态氮化钛铝涂层在切削与成形加工中应用广泛。虽然学界普遍认为亚稳态TiAlN的相形成受动力学因素支配，但现有建模研究仅基于能量学原理。本研究通过一项组合磁控溅射实验、表面扩散活化能、临界扩散距离及热力学计算，预测了TiAlN的亚稳相形成规律。后续通过改变化学成分、沉积温度和沉积速率获得的组合生长实验相形成数据，与模型预测高度吻合。研究进一步证明：考虑动力学因素可使预测的临界固溶范围显著扩展——动力学考量将铝溶解度极限下推至能量学方法无法获得但实验可实现的更低数值。
关键词： 表面扩散，氮化钛铝，亚稳相，组合磁控溅射
更新于2025-09-04 15:30:14
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二氧化钒新亚稳相中的压力诱导可逆相变
摘要： 基于X射线衍射（XRD）、拉曼和红外光谱研究，我们发现新型亚稳相VO2(Mx')具有可逆压力诱导的结构转变与金属化特性，并在相对低温下能热驱动转变为单斜相VO2(M1)。研究表明该亚稳相VO2(Mx')在压缩过程中会经历VO2(Mx')-(12 GPa)VO2(Mx'')-(30-80 GPa)VO2(X)的系列结构转变，这与其它亚稳相VO2(A)和VO2(B)观察到的压力诱导非晶化现象明显不同。红外数据进一步证实VO2(Mx'')相在约40 GPa时发生压力诱导金属化（PIM），这主要与电子-电子关联作用相关。深入分析表明：所有样品最终都转变为与稳定M1相相同的高压VO2(X)相，这可能源于其中间高压相VO2(Mx'')和VO2(M1')中的VO6八面体及其间隙空间在压力作用下遵循相似的演变规律。这些发现为理解过渡金属氧化物稳态与亚稳态相在压力下的结构转变差异及物理性质变化提供了新见解。
关键词： 电子-电子关联，二氧化钒，金属化，压力诱导的结构转变，亚稳相
更新于2025-09-04 15:30:14
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二维金属氧化物纳米板中的亚稳态晶体相
摘要： 高压或高温条件诱导的晶体结构相变可能产生特殊的物理化学性质，但这些性质通常难以在常压条件下稳定存在。本研究采用简单方法合成了超薄氧化铈纳米片（<1.4纳米）以增加表面原子占比，促使面心立方（fcc）相转变为体心四方（bct）相。通过透射电镜和X射线衍射分析了三种不同厚度的氧化铈纳米颗粒（1.2纳米超薄纳米片、2.2纳米纳米片及5.4纳米纳米立方体），发现亚稳态bct相仅存在于超薄纳米片中。热力学能量分析证实，超薄纳米片的高表面能是实现亚稳态bct相显著稳定的关键因素。该表面能调控机制可推广至其他金属氧化物，为在常压条件下操控和稳定常规条件下无法保留的新型材料提供了新途径。
关键词： 亚稳相、厚度、表面不饱和配位率、超薄纳米片、金属氧化物纳米颗粒
更新于2025-09-04 15:30:14