2H-type lead iodide (PbI2) is a two-dimensional (2D) layered semiconductor and has recently received considerable attention as a precursor for lead halide perovskite solar cells. Although the pressure-induced structural phase transitions of PbI2 have been investigated for several decades, the detailed crystalline structure of PbI2 at high pressure is still elusive because of lacking in situ x-ray diffraction (XRD) studies. In this report, in situ Raman spectra and XRD patterns of 2H-PbI2 under pressure have been investigated in a diamond-anvil cell. Both Raman spectra and XRD patterns provide consistent evidence for two structural phase transitions upon compression at approximately 0.58 and 2.6 GPa. The XRD patterns suggest that the complete pressure-driven phase transition sequence of PbI2 up to 20 GPa is two-dimensional hexagonal 2H-P3¯m1→polytype 4H-P3m1→three-dimensional (3D) orthorhombic Pnma. The uncovered 2D to 3D structural transition in 2H-PbI2 advances the understanding of structural stability of 2H-type layered semiconductors and lead halide perovskite.

1.
J. B.
Anthony
and
A. D.
Brothers
,
Phys. Rev. B
7
,
1539
(
1973
).
2.
A.
Alberti
,
C.
Bongiorno
,
E.
Smecca
,
I.
Deretzis
,
A. L.
Magna
, and
C.
Spinella
,
Nat. Commun.
10
,
2196
(
2019
).
3.
Y.
Sun
,
Z.
Zhou
,
Z.
Huang
,
J.
Wu
,
L.
Zhou
,
Y.
Cheng
,
J.
Liu
,
C.
Zhu
,
M.
Yu
,
P.
Yu
,
W.
Zhu
,
Y.
Liu
,
J.
Zhou
,
B.
Liu
,
H.
Xie
,
Y.
Cao
,
H.
Li
,
X.
Wang
,
K.
Liu
,
X.
Wang
,
J.
Wang
,
L.
Wang
, and
W.
Huang
,
Adv. Mater.
31
,
1806562
(
2019
).
4.
P. A.
Beckmann
,
Cryst. Res. Technol.
45
,
455
(
2010
).
5.
V.
Mehrotra
,
S.
Lombardo
,
M. O.
Thompson
, and
E. P.
Giannelis
,
Phys. Rev. B
44
,
5786
(
1991
).
6.
N.
Preda
,
L.
Mihut
,
M.
Baibarac
,
M.-A.
Husanu
,
C.
Bucur
, and
I.
Baltog
,
J. Opt. Adv. Mater.
10
,
319
(
2008
).
7.
X.
Zhu
,
H.
Sun
,
D.
Yang
,
P.
Wangyang
, and
X.
Gao
,
J. Mater. Sci.
27
,
11798
(
2016
).
8.
M.
Shkir
,
H.
Abbas
,
Siddhartha
, and
Z. R.
Khan
,
J. Phys. Chem. Solids
73
,
1309
(
2012
).
9.
J. F.
Condeles
and
M.
Mulato
,
J. Mater. Sci.
46
,
1462
(
2011
).
10.
W.
Kong
,
G.
Li
,
Q.
Liang
,
X.
Ji
,
G.
Li
,
T.
Ji
,
T.
Che
,
Y.
Hao
, and
Y.
Cui
,
Physica E
97
,
130
(
2018
).
11.
F.
Lu
,
W. C.
Wang
,
X. G.
Luo
,
X. J.
Xie
,
Y. H.
Cheng
,
H.
Dong
,
H.
Liu
, and
W. H.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
108
(
5
),
132104
(
2016
).
12.
L.
Cabana
,
B.
Ballesteros
,
E.
Batista
,
C.
Magén
,
R.
Arenal
,
J.
Oró-Solé
,
R.
Rurali
, and
G.
Tobias
,
Adv. Mater.
26
,
2016
(
2014
).
13.
R.
Wang
,
S.
Li
,
P.
Wang
,
J.
Xiu
,
G.
Wei
,
M.
Sun
,
Z.
Li
,
Y.
Liu
, and
M.
Zhong
,
J. Phys. Chem. C
123
,
9609
(
2019
).
14.
Q.
Zhang
,
L.
Chu
,
F.
Zhou
,
W.
Ji
, and
G.
Eda
,
Adv. Mater.
30
,
1704055
(
2018
).
15.
G.
Liu
,
L.
Kong
,
J.
Gong
,
W.
Yang
,
H.-K.
Mao
,
Q.
Hu
,
Z.
Liu
,
R. D.
Schaller
,
D.
Zhang
, and
T.
Xu
,
Adv. Funct. Mater.
27
,
1604208
(
2017
).
16.
N.
Wang
,
L.
Cheng
,
R.
Ge
,
S.
Zhang
,
Y.
Miao
,
W.
Zou
,
C.
Yi
,
Y.
Sun
,
Y.
Cao
,
R.
Yang
,
Y.
Wei
,
Q.
Guo
,
Y.
Ke
,
M.
Yu
,
Y.
Jin
,
Y.
Liu
,
Q.
Ding
,
D.
Di
,
L.
Yang
,
G.
Xing
,
H.
Tian
,
C.
Jin
,
F.
Gao
,
R. H.
Friend
,
J.
Wang
, and
W.
Huang
,
Nat. Photonics
10
,
699
(
2016
).
17.
L.
Niu
,
X.
Liu
,
C.
Cong
,
C.
Wu
,
D.
Wu
,
T. R.
Chang
,
H.
Wang
,
Q.
Zeng
,
J.
Zhou
,
X.
Wang
,
W.
Fu
,
P.
Yu
,
Q.
Fu
,
S.
Najmaei
,
Z.
Zhang
,
B. I.
Yakobson
,
B. K.
Tay
,
W.
Zhou
,
H. T.
Jeng
,
H.
Lin
,
T. C.
Sum
,
C.
Jin
,
H.
He
,
T.
Yu
, and
Z.
Liu
,
Adv. Mater.
27
,
7800
(
2015
).
18.
A.
Datta
,
Z.
Zhong
, and
S.
Motakef
,
Sci. Rep.
10
,
20097
(
2020
).
19.
Y.-K.
Wang
,
F.
Yuan
,
Y.
Dong
,
J.-Y.
Li
,
A.
Johnston
,
B.
Chen
,
M. I.
Saidaminov
,
C.
Zhou
,
X.
Zheng
,
Y.
Hou
,
K.
Bertens
,
H.
Ebe
,
D.
Ma
,
Z.
Deng
,
S.
Yuan
,
R.
Chen
,
L. K.
Sagar
,
J.
Liu
,
J.
Fan
,
P.
Li
,
X.
Li
,
Y.
Gao
,
M.-K.
Fung
,
Z.-H.
Lu
,
O. M.
Bakr
,
L.-S.
Liao
, and
E. H.
Sargent
,
Angew. Chem., Int. Ed.
60
,
16164
(
2021
).
20.
A. D.
Sheikh
,
R.
Munk
,
M. A.
Hague
,
A.
Bera
,
W. J.
Hu
,
P.
Shaikh
,
A.
Arriassian
, and
T.
Wu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
9
,
35018
(
2017
).
21.
M. A.
Haque
,
A.
Syed
,
F. H.
Akhtar
,
R.
Sheyate
,
S.
Singh
,
K. V.
Peinemann
,
D.
Baran
, and
T.
Wu
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
11
,
29821
(
2019
).
22.
S. K.
Chaudhary
and
H.
Kaur
,
Cryst. Res. Technol.
46
,
1235
(
2011
).
23.
Y.
Chen
,
F.
Ke
,
P.
Ci
,
C.
Ko
,
T.
Park
,
S.
Saremi
,
H.
Liu
,
Y.
Lee
,
J.
Suh
,
L. W.
Martin
,
J. W.
Ager
,
B.
Chen
, and
J.
Wu
,
Nano Lett.
17
,
194
(
2017
).
24.
X. K.
Gu
,
Y. J.
Wei
,
X. B.
Yin
,
B. W.
Li
, and
R. G.
Yang
,
Rev. Mod. Phys.
90
(
30
),
041002
(
2018
).
25.
E.
Salje
,
B.
Palosz
, and
B.
Wruck
,
J. Phys. C
20
,
4077
(
1987
).
26.
M. Y.
Khilji
,
W. F.
Sherman
, and
G. R.
Wilkinson
,
J. Raman Spectrosc.
13
,
127
(
1982
).
28.
R. J. M.
Konings
,
E. H. P.
Cordfunke
, and
R. R.
Vanderlaan
,
J. Alloys Compd.
230
,
85
(
1995
).
29.
Z.-Y.
Cao
,
J.-W.
Hu
,
A. F.
Goncharov
, and
X.-J.
Chen
,
Phys. Rev. B
97
,
214519
(
2018
).
30.
L. G. P.
Martins
,
M. J. S.
Matos
,
A. R.
Paschoal
,
P. T. C.
Freire
,
N. F.
Andrade
,
A. L.
Aguiar
,
J.
Kong
,
B. R. A.
Neves
,
A. B.
de Oliveira
,
M. S. C.
Mazzoni
,
A. G. S.
Filho
, and
L. G.
Cançado
,
Nat. Commun.
8
,
96
(
2017
).
31.
T.
Pandey
,
A. P.
Nayak
,
J.
Liu
,
S. T.
Moran
,
J.-S.
Kim
,
L.-J.
Li
,
J.-F.
Lin
,
D.
Akinwande
, and
A. K.
Singh
,
Small
12
,
4063
(
2016
).
32.
P. W.
Bridgman
,
Proc. Am. Acad. Arts Sci.
72
,
45
(
1937
).
33.
P. W.
Bridgman
,
Proc. Am. Acad. Arts Sci.
76
,
71
(
1948
).
34.
A.
Jayaraman
,
R. G.
Maines
, and
T.
Chattopadhyay
,
Pramana
27
,
449
(
1986
).
35.
A.
Saitoh
,
T.
Komatsu
, and
T.
Karasawa
,
Phys. Rev. B
62
,
11398
(
2000
).
36.
L.
Yang
,
Y.
Zhang
,
J.
Wang
,
Y.
Wang
, and
W. W.
Yu
,
RSC Adv.
6
,
84604
(
2016
).
37.
S.
Klotz
,
J. C.
Chervin
,
P.
Munsch
, and
G. L.
Marchand
,
J. Phys. D
42
,
075413
(
2009
).
38.
A. P.
Hammersley
,
S. O.
Svensson
,
M.
Hanfland
,
A. N.
Fitch
, and
D.
Hausermann
,
Int. J. High Pressure Res.
14
,
235
(
1996
).
39.
B. H.
Toby
and
R. B.
Von Dreele
,
J. Appl. Crystallogr.
46
,
544
(
2013
).
40.
J.
Ding
,
T.
Ye
,
H.
Zhang
,
X.
Yang
,
H.
Zeng
,
C.
Zhang
, and
X.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
115
,
101902
(
2019
).
41.
X.
Yang
,
Q.
Li
,
R.
Liu
,
B.
Liu
,
H.
Zhang
,
S.
Jiang
,
J.
Liu
,
B.
Zou
,
T.
Cui
, and
B.
Liu
,
J. Appl. Phys.
115
,
124907
(
2014
).
42.
J.
Haines
,
J. M.
Léger
, and
O.
Schulte
,
Phys. Rev. B
57
,
7551
(
1998
).
43.
F.
Birch
,
J. Geophys. Res.
57
,
227
, (
1952
).
44.
J. M.
Leger
,
J.
Haines
, and
A.
Atouf
,
J. Phys. Chem. Solids
57
,
7
(
1996
).
You do not currently have access to this content.