Structure refinement of black phosphorus under high pressure

高圧下における黒リンの構造解析

赤浜 裕一*; 宮川 仁*; 谷口 尚*; 佐野 亜沙美   ; 町田 真一*; 服部 高典   

Akahama, Yuichi*; Miyakawa, Masashi*; Taniguchi, Takashi*; Sano, Asami; Machida, Shinichi*; Hattori, Takanori

室温下で3.2GPaまでの圧力における黒リンの構造解析を粉末中性子回折によって行った。高圧下のリン原子の結合距離と結合角を精密に決め、これまでのX線単結晶解析の結果[Brown and Randqvist, Acta Cryst. 19, 684 (1965)]と一致することを確認した。結晶格子は異方的な圧縮を示すが、P1-P2およびP1-P3結合距離は圧力によらずほぼ一定であり、P3-P1-P2結合角のみ顕著に減少した。この結果から、Cartzら[J. Chem. Phys. 71, 1718 (1979)]により報告されている結合距離との顕著なずれは、解消された。我々の構造データは、高圧下における黒リンのDirac半金属状態を明らかにするに役立つ。

The structure refinement of black phosphorus was performed at pressures of up to 3.2 GPa at room temperature by powder neutron diffraction techniques. The bond lengths and bond angles between the phosphorus atoms at pressures were precisely determined and confirmed to be consistent with those of the previous single crystal X-ray analysis [Brown and Randqvist, Acta Cryst. 19, 684 (1965)]. Although lattice parameters exhibited an anisotropic compressibility, the covalent P1-P2 and P1-P3 bond lengths were almost independent of pressure and only the P3-P1-P2 bond angle was reduced significantly. On the basis of our results, the significant discrepancy in the bond length reported by Cartz et al. [J. Chem. Phys. 71, 1718 (1979)] has been solved. Our structural data will contribute to the elucidation of the Dirac semimetal state of black phosphorus under high pressure.