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Dicalcium nitride as a two-dimensional electride with an anionic electron layer

机译：氮化钙为二维带阴离子电子层的氮化物

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摘要

Recent studies suggest that electrides-ionic crystals in which electrons serve as anions-are not exceptional materials but rather a generalized form, particularly under high pressure. The topology of the cavities confining anionic electrons determines their physical properties. At present, reported confining sites consist only of zero-dimensional cavities or weakly linked channels. Here we report a layered-structure electride of dicalcium nitride, Ca_2N, which possesses two-dimensionally confined anionic electrons whose concentration agrees well with that for the chemical formula of [Ca_2N]~+e~-. Two-dimensional transport characteristics are demonstrated by a high electron mobility (520 cm~2 V~(-1)s~(-1)) and long mean scattering time (0.6 picoseconds) with a mean free path of 0.12 micrometres. The quadratic temperature dependence of the resistivity up to 120 Kelvin indicates the presence of an electron-electron interaction. A striking anisotropic magnetoresistance behaviour with respect to the direction of magnetic field (negative for the field perpendicular to the conducting plane and positive for the field parallel to it) is observed, confirming diffusive two-dimensional transport in dense electron layers. Additionally, band calculations support confinement of anionic electrons within the interlayer space, and photoemission measurements confirm anisotropic low work functions of 3.5 and 2.6 electronvolts, revealing the loosely bound nature of the anionic electrons. We conclude that Ca_2N is a two-dimensional electride in terms of [Ca_2N]~+ ·e~-.%“电子晶体”(电子在其中表现为阴离子的离子晶体)的物理性质在很大程度上取决于阴离子电子约束腔的拓扑。因此，实现“电子晶体”实际应用的一个重要步骤是，发现具有独特拓扑的新约束空间。被约束的二维电子层以前曾通过人工制造通常由半导体材料构成的异质界面结构实现过。本文作者将演示这种行为的材料范围延伸到了 种“电子晶体”一一氮化钙(Ca_2N)。这种化合物具有电子约束的理想性质：具有合适夹层间距的一个分层结构和允许松散结合的电子层在没有电子俘获的情况下存在的 个化学结构。通过为“电子晶体”提供 个新材料图像(materiaI lmage)，这项研究应能导致系列具有独特物理性质的二维“电子晶体”司世。
机译：最近的研究表明，其中电子充当阴离子的电子离子晶体不是特殊的材料，而是一种广义的形式，特别是在高压下。约束阴离子电子的空腔拓扑决定了它们的物理性质。目前，据报道的限制地点仅由零维腔或弱链接的通道组成。在这里，我们报道了氮化钙Ca_2N的层状结构的氮化物，它具有二维受限的阴离子电子，其浓度与[Ca_2N]〜+ e〜-的化学式一致。高电子迁移率（520 cm〜2 V〜（-1）s〜（-1））和长平均散射时间（0.6皮秒）以及平均自由程为0.12微米证明了二维传输特性。电阻率高达120开尔文的二次温度依赖性表明存在电子-电子相互作用。观察到相对于磁场方向（垂直于导电平面的场为负，而平行于导电平面的场为正）的惊人的各向异性磁阻行为，证实了致密电子层中的扩散二维传输。另外，能带计算支持将阴离子电子限制在层间空间内，并且光发射测量结果证实了3.5和2.6电子伏特的各向异性低功函，从而揭示了阴离子电子的松散结合性质。我们得出的结论是，就[Ca_2N]〜+·e〜-。％“电子晶体”而言，Ca_2N是二维电子。因此，实现“电子晶体”实际应用的一个重要步骤是，发现具有独特的拓扑的新约束空间。被约束的二维电子层以前曾通过人工制造通常由半导体材料构成的异质这种化合物具有电子约束的理想性质：具有合适的夹层间距的一个分层结构。和为允许松散结合的电子层在没有电子俘获的情况下存在的一个化学结构。 “电子晶体”司世。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2013年第7437期|336-340a3|共6页
  • 作者

    Kimoon Lee; Sung Wng Kim; Yoshitake Toda; Satoru Matsuishi; Hideo Hosono;

  • 作者单位

    Frontier Research Center, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan;

    Frontier Research Center, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan,Department of Energy Science, Sungkyunkwan University, 300 Cheoncheon-dong, Jangan-gu, Suwon, Gyeonggi-do 440-746, South Korea;

    Frontier Research Center, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan;

    Materials and Structures Laboratory, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan;

    Frontier Research Center, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan,Materials and Structures Laboratory, Tokyo Institute of Technology, 4259 Nagatsuta, Midori-ku, Yokohama 226-8503, Japan;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
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  • 正文语种 eng
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