Isotope engineering of van der Waals interactions in hexagonal boron nitride

Autor: Bernard Gil, Pierre Valvin, T. Q. P. Vuong, Thierry Michel, Song Liu, Ramón Cuscó, Guillaume Cassabois, Lluís Artús, James H. Edgar, A. Van der Lee
Přispěvatelé: ILC, Laboratoire de l'Accélérateur Linéaire (LAL), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11), Institut Européen des membranes (IEM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM), Institute of Earth Sciences Jaume Almera, Consejo Superior de Investigaciones Científicas [Madrid] (CSIC), CSI, INPG, Grenoble (CSI), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG), Laboratoire Charles Coulomb (L2C), Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Pierre Aigrain (LPA), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ministerio de Economía y Competitividad (España), Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris-Sud - Paris 11 (UP11)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Fédération de recherche du Département de physique de l'Ecole Normale Supérieure - ENS Paris (FRDPENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Université Paris Diderot - Paris 7 (UPD7)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2017
Předmět:
Zdroj: Nature Materials
Nature Materials, Nature Publishing Group, 2017, 17, pp.152. ⟨10.1038/nmat5048⟩
Digital.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
instname
Nature Materials, 2017, 17, pp.152. ⟨10.1038/nmat5048⟩
ISSN: 1476-4660
1476-1122
DOI: 10.1038/nmat5048⟩
Popis: T.Q.P. Vuong et. al.
Hexagonal boron nitride is a model lamellar compound where weak, non-local van der Waals interactions ensure the vertical stacking of two-dimensional honeycomb lattices made of strongly bound boron and nitrogen atoms. We study the isotope engineering of lamellar compounds by synthesizing hexagonal boron nitride crystals with nearly pure boron isotopes (10B and 11B) compared to those with the natural distribution of boron (20 at% 10B and 80 at% 11B). On the one hand, as with standard semiconductors, both the phonon energy and electronic bandgap varied with the boron isotope mass, the latter due to the quantum effect of zero-point renormalization. On the other hand, temperature-dependent experiments focusing on the shear and breathing motions of adjacent layers revealed the specificity of isotope engineering in a layered material, with a modification of the van der Waals interactions upon isotope purification. The electron density distribution is more diffuse between adjacent layers in 10BN than in 11BN crystals. Our results open perspectives in understanding and controlling van der Waals bonding in layered materials. © 2017 Macmillan Publishers Limited, part of Springer Nature. All rights reserved.
This work and the PhD funding of T.Q.P.V. were financially supported by the network GaNeX (ANR-11-LABX-0014).This work was also supported by the Spanish MINECO/FEDER under contract MAT2015-71305-R. The hBN crystal growth is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant No. CMMI 1538127.
Databáze: OpenAIRE
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