Nonstoichiometric Salt Intercalation as a Means to Stabilize Alkali Doping of 2D Materials

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作者
Yuanxi Wang,Vincent H. Crespi,Marvin L. Cohen,Amir Nourhani
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:129 (26) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevlett.129.266401
摘要

Although doping with alkali atoms is a powerful technique for introducing charge carriers into physical systems, the resulting charge-transfer systems are generally not air stable. Here we describe computationally a strategy towards increasing the stability of alkali-doped materials that employs stoichiometrically unbalanced salt crystals with excess cations (which could be deposited during, e.g., in situ gating) to achieve doping levels similar to those attained by pure alkali metal doping. The crystalline interior of the salt crystal acts as a template to stabilize the excess dopant atoms against oxidation and deintercalation, which otherwise would be highly favorable. We characterize this doping method for graphene, NbSe_{2}, and Bi_{2}Se_{3} and its effect on direct-to-indirect band gap transitions, 2D superconductivity, and thermoelectric performance. Salt intercalation should be generally applicable to systems which can accommodate this "ionic crystal" doping (and particularly favorable when geometrical packing constraints favor nonstoichiometry).
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