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Two Dimensional Ice from First Principles: Structures and Phase Transitions

平方(代数) 材料科学 相(物质) 单层 相变 六方晶系 凝聚态物理 化学物理 纳米技术 物理 结晶学 化学 几何学 数学 量子力学
作者
Ji Chen,Georg Schusteritsch,Chris J. Pickard,Christoph G. Salzmann,Angelos Michaelides
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:116 (2) 被引量:194
标识
DOI:10.1103/physrevlett.116.025501
摘要

Despite relevance to disparate areas such as cloud microphysics and tribology, major gaps in the understanding of the structures and phase transitions of low-dimensional water ice remain. Here, we report a first principles study of confined 2D ice as a function of pressure. We find that at ambient pressure hexagonal and pentagonal monolayer structures are the two lowest enthalpy phases identified. Upon mild compression, the pentagonal structure becomes the most stable and persists up to ∼2 GPa, at which point the square and rhombic phases are stable. The square phase agrees with recent experimental observations of square ice confined within graphene sheets. This work provides a fresh perspective on 2D confined ice, highlighting the sensitivity of the structures observed to both the confining pressure and the width.
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