Pressure-induced metallization and electronic transition in a two-dimensional ferroelastic semiconductor of Nb 2 SiTe 4 in different hydrostatic environments

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作者
Xinyu Zhang,Lidong Dai,Haiying Hu,Meiling Hong,Bing Lv,Xuefei Liu,Juxiang Shao,Ming Yang,Shiwei Xie,Hongchun Luo,Yu Gao,Tao Wang,Miao Ren,Haonan Cheng
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:55 (3): 1248-1258
标识
DOI:10.1039/d5dt02937f
摘要

Nb2SiTe4, a representative two-dimensional (2D) ferroelastic semiconductor, becomes research focus due to its high carrier mobility, ambipolar carrier transport, exceptional ferroelasticity and third harmonic generation response, rendering potential applications in ambipolar transistors, mid-infrared (MIR) detection, controllable electronic devices and tunable anisotropic all-optical devices. In this work, high-pressure lattice vibrational and electrical transport characteristics of Nb2SiTe4 were comprehensively explored up to 37.1 GPa using a diamond anvil cell (DAC) in conjunction with in situ Raman spectroscopy and electrical conductivity measurements in different hydrostatic environments. Upon non-hydrostatic pressurization, Nb2SiTe4 underwent metallization at 5.5 GPa owing to the rapid compression of the interlayer distance, followed by an electronic transition at 21.6 GPa triggered by the enhanced electron-phonon coupling. Nevertheless, the metallization and electronic transition of the specimen were delayed by ∼2.0 GPa under hydrostatic conditions due to the influence of deviatoric stress. Upon decompression to ambient conditions, the resumable Raman spectra and semiconducting characteristics elucidated the reversibility of the phase transition with the existence of residual stress in different hydrostatic environments. Our systematic high-pressure research studies on Nb2SiTe4 not only advance the in-depth understanding of its physicochemical behaviours in other 2D ferroelastic semiconductors but are also beneficial in steering its underlying applications in electronic and photonic devices.
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