压力诱导的非晶硅纳米颗粒相变

《Scripta Materialia》：Pressure-induced phase transitions of amorphous silicon nanoparticles

非晶硅纳米颗粒在高压下发生相变并可通过解压恢复，揭示了晶粒尺寸对相变的影响机制。采用原位高压拉曼光谱和同步辐射X射线衍射，发现平均9 nm的a-SiNPs在10.8 GPa时转变为β-Sn相，解压后完全逆转，相变路径与块体a-Si一致，表明纳米尺寸不主导非晶硅多相转变行为。

　　

朱浩天|刘帅|彭迪|兰富军|刘旭欣|钟光润|娄洪波|曾巧石|曾志丹

高压科学技术先进研究中心（HPSTAR），中国上海201203

摘要

非晶硅（a-Si）在各种现代技术中发挥着重要作用。因此，了解其稳定性具有基础性和技术性双重意义。尽管人们对a-Si在压力作用下的相变进行了广泛研究，但晶粒尺寸的影响仍不明确。在本研究中，我们合成了平均粒径约为9纳米的非晶硅纳米颗粒（a-SiNPs），并利用原位高压拉曼光谱和同步辐射X射线衍射技术研究了它们的压力诱导相变。实验结果表明，a-SiNPs在约10.8 GPa的压力下转变为β-Sn相，而非先前报道的高密度非晶相。减压后，β-Sn相会重新转化为a-Si相。这种相变路径和转变压力与块状a-Si中的现象相似，表明晶粒尺寸并非诱导a-Si多态性的决定性因素。这些发现为a-SiNPs的相变热力学和动力学提供了新的见解，并为a-Si的理论研究提供了实验依据。

部分内容摘要

数据获取

本研究的数据可应合理要求向通讯作者索取。

作者贡献声明

朱浩天：撰写初稿，参与实验研究。刘帅：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。彭迪：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。兰富军：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。刘旭欣：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。钟光润：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。娄洪波：撰写、审稿与编辑，参与实验研究。曾巧石：撰写、审稿与编辑，负责项目管理和资金申请。曾志丹：

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢颜帅博士和张莉莉博士在高压同步辐射XRD实验中的帮助。同时感谢中国上海科学技术委员会（项目编号：22JC1410300）和中国极端环境材料前沿研究重点实验室（项目编号：22dz2260800）的财政支持。此外，我们也感谢上海同步辐射设施BL15U1（网址：https://cstr.cn/31124.02.SSRF.BL15U1）在高压XRD测量方面提供的协助。