Isotope engineering of van der Waals interactions in hexagonal boron nitride

范德瓦尔斯力 材料科学 化学物理 层状结构 石墨烯 石墨烯 堆积 动力学同位素效应 氮化硼 凝聚态物理 纳米技术 化学 原子物理学 物理 有机化学 复合材料 分子
作者
Thi Quynh Phuong Vuong,Song Liu,A. Van der Lee,R. Cuscó,Lluís Artús,Thierry Michel,Pierre Valvin,James H. Edgar,Guillaume Cassabois,Bernard Gil
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:17 (2): 152-158 被引量:98
标识
DOI:10.1038/nmat5048
摘要

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.

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