Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Nghiên cứu DFT về các tính chất điện tử và điện trở của stana-silicene như một loại vật liệu nan 2D mới
Tóm tắt
Trong bài báo này, chúng tôi báo cáo một nghiên cứu tính toán về vật liệu nan 2 chiều (SnSi) như một loại vật liệu nan mới có thể được tổng hợp. Nghiên cứu này chủ yếu dựa trên tính toán lý thuyết chức năng mật độ, được thực hiện trong mã wien2k. Thực tế, chúng tôi đã tính toán các tính chất điện tử như cấu trúc băng điện tử, khoảng cách băng, mật độ trạng thái, năng lượng hình thành và độ dẫn điện của ba loại lớp đơn Stana-Silicene; (SnSi, SnSi3, và SnSi7) với các nồng độ khác nhau (50%, 25% và 12,5%) của nguyên tử Sn và thiếc. Bằng cách tính toán năng lượng hình thành của các vật liệu này trong các nồng độ khác nhau của nguyên tử Sn, chúng tôi nhận thấy rằng lớp đơn SnSi có độ ổn định cao hơn so với SnSi3 và SnSi7. Một kết quả quan trọng khác là độ dẫn điện của SnSi phụ thuộc vào các nồng độ nguyên tử Sn. Thực tế, độ dẫn điện tăng lên khi nồng độ của nguyên tử Sn tăng. Bằng cách sử dụng các nồng độ khác nhau của nguyên tử thiếc, chúng tôi phát hiện ra rằng tất cả các vật liệu nan này đều có tính chất như một vật liệu bán dẫn với khoảng cách băng điện tử trực tiếp.
Từ khóa
#vật liệu nan 2D #SnSi #stana-silicene #lý thuyết chức năng mật độ #điện tử #độ dẫn điệnTài liệu tham khảo
Al-Abboodi, M.H., Ajeel, F.N., Khudhair, A.M.: Influence of oxygen impurities on the electronic properties of graphene nanoflakes. Physica E 88, 1–5 (2017)
Berger, C., Song, Z., Li, T., Li, X., Ogbazghi, A.Y., Feng, R., et al.: Ultrathin epitaxial graphite: 2D electron gas properties and a route toward graphene-based nanoelectronics. J. Phys. Chem. B 108, 19912–19916 (2004)
Blaha, P., Schwarz, K., Madsen, G., Kvasnicka, D., Luitz, J.: “wien2k,” In: An Augmented Plane Wave + Local Orbitals Program for Calculating Crystal Properties (2001)
Bolotin, K.I., Sikes, K., Jiang, Z., Klima, M., Fudenberg, G., Hone, J., et al.: Ultrahigh electron mobility in suspended graphene. Solid State Commun. 146, 351–355 (2008)
Cahangirov, S., Topsakal, M., Aktürk, E., Şahin, H., Ciraci, S.: Two-and one-dimensional honeycomb structures of silicon and germanium. Phys. Rev. Lett. 102, 236804 (2009)
Dakir, O., Houmad, M., Benyoussef, A., et al.: Absorption of visible light by GaAs and GaN nanosheets. Optik 141, 60–65 (2017)
Denis, P.A., Huelmo, C.P., Iribarne, F.: On the band gaps and effective masses of mono and dual doped monolayer graphene. Comput. Mater. Sci. 137, 20–29 (2017)
Dong, H., Zhou, L., Frauenheim, T., Hou, T., Lee, S.-T., Li, Y.: SiC7 siligraphene: a novel donor material with extraordinary sunlight absorption. Nanoscale 8, 6994–6999 (2016)
Dos Santos, J.L., Peres, N., Neto, A.C.: Graphene bilayer with a twist: electronic structure. Phys. Rev. Lett. 99, 256802 (2007)
Enriquez, H., Vizzini, S., Kara, A., Lalmi, B., Oughaddou, H.: Silicene structures on silver surfaces. J. Phys.: Condens. Matter 24, 314211 (2012)
Fadaie, M., Shahtahmassebi, N., Roknabad, M.R., et al.: Investigation of new two-dimensional materials derived from stanene. Comput. Mater. Sci. 137, 208–214 (2017)
Garcia, A.G., Baltazar, S.E., Castro, A.H.R., Robles, J.F.P., Rubio, A.: Influence of S and P doping in a graphene sheet. J. Comput. Theor. Nanosci. 5, 2221–2229 (2008)
Garg, P., Choudhuri, I., Mahata, A., Pathak, B.: Band gap opening in stanene induced by patterned B–N doping. Phys. Chem. Chem. Phys. 19, 3660–3669 (2017)
Guo, Z.-X., Zhang, Y.-Y., Xiang, H., Gong, X.-G., Oshiyama, A.: Structural evolution and optoelectronic applications of multilayer silicene. Phys. Rev. B 92, 201413 (2015)
Houmad, M., Zaari, H., Benyoussef, A., El Kenz, A., Ez-Zahraouy, H.: Optical conductivity enhancement and band gap opening with silicon doped graphene. Carbon 94, 1021–1027 (2015)
Houmad, M., Dakir, O., Benzidi, H., et al.: Magnetic behavior of Mn-doped silicon carbide nanosheet. Int. J. Mod. Phys. B 31(22), 1750163 (2017)
Houmad, M., El Kenz, A., Benyoussef, A.: Thermal and electrical properties of siligraphene and its derivatives. Optik 157, 936–943 (2018)
Houmad, M., Essaoudi, I., Ainane, A., et al.: Improving the electrical conductivity of Siligraphene SiC7 by strain. Optik 177, 118–122 (2019a)
Houmad, M., Mohammed, M.H., Masrour, R., et al.: Electronic and electrical properties of siligraphene (g-SiC3) in the presence of several strains. J. Phys. Chem. Solids 127, 231–237 (2019b)
Jia, H., Wang, R., Ni, Z., Liu, Y., Pi, X., Yang, D.: Formation, stability, geometry and band structure of organically surface-modified germanane. J. Mater. Sci. Technol. 33, 59–64 (2017)
Kara, A., Enriquez, H., Seitsonen, A.P., Voon, L.L.Y., Vizzini, S., Aufray, B., et al.: A review on silicene—new candidate for electronics. Surf. Sci. Rep. 67, 1–18 (2012)
Kim, K., Choi, J.-Y., Kim, T., Cho, S.-H., Chung, H.-J.: A role for graphene in silicon-based semiconductor devices. Nature 479, 338 (2011)
Lagarde, P., Chorro, M., Roy, D., Trcera, N.: Study by EXAFS of the local structure around Si on silicene deposited on Ag (1 1 0) and Ag (1 1 1) surfaces. J. Phys.: Condens. Matter 28, 075002 (2016)
Lin, S.: Light-emitting two-dimensional ultrathin silicon carbide. J. Phys. Chem. C 116, 3951–3955 (2012)
Madsen, G.K., Singh, D.J.: BoltzTraP. A code for calculating band-structure dependent quantities. Comput. Phys. Commun. 175, 67–71 (2006)
Mohammed, M.H.: Designing and engineering electronic band gap of graphene nanosheet by P dopants. Solid State Commun. 258, 11–16 (2017)
Mohammed, M.H.: Controlling the electronic properties of the graphene nanoflakes by BN impurities. Physica E 95, 86–93 (2018)
Mohammed, M.H., Ajeel, F.N., Khudhair, A.M.: Adsorption of gas molecules on graphene nanoflakes and its implication as a gas nanosensor by DFT investigations. Chin. J. Phys. 55(4), 1576–1582 (2017)
Nagarajan, V., Chandiramouli, R.: NO2 adsorption behaviour on germanene nanosheet: a first-principles investigation. Superlattices Microstruct. 101, 160–171 (2017)
Naqvi, S.R., Hussain, T., Luo, W., Ahuja, R.: Exploring doping characteristics of various adatoms on single-layer stanene. J. Phys. Chem. C 121, 7667–7676 (2017)
Ni, Z., Liu, Q., Tang, K., Zheng, J., Zhou, J., Qin, R., et al.: Tunable bandgap in silicene and germanene. Nano Lett. 12, 113–118 (2011)
Novoselov, K.: Two-dimensional gas of massless Dirac fermions in graphene. Nature 438, 197–200 (2005)
Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., et al.: Electric field effect in atomically thin carbon films. Science 306, 666–669 (2004)
Novoselov, K., Jiang, D., Schedin, F., Booth, T., Khotkevich, V., Morozov, S., et al.: Two-dimensional atomic crystals. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 102, 10451–10453 (2005)
Oughaddou, H., Enriquez, H., Tchalala, M.R., Yildirim, H., Mayne, A.J., Bendounan, A., et al.: Silicene, a promising new 2D material. Prog. Surf. Sci. 90, 46–83 (2015)
Perdew, J.P., Chevary, J.A., Vosko, S.H., Jackson, K.A., Pederson, M.R., Singh, D.J., et al.: Atoms, molecules, solids, and surfaces: applications of the generalized gradient approximation for exchange and correlation. Phys. Rev. B 46, 6671 (1992)
Perdew, J.P., Burke, K., Ernzerhof, M.: Generalized gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996)
Petersen, M., Wagner, F., Hufnagel, L., Scheffler, M., Blaha, P., Schwarz, K.: Improving the efficiency of FP-LAPW calculations. Comput. Phys. Commun. 126, 294–309 (2000)
Sachdeva, G., Kumar, C., Tankeshwar, K., et al.: Electronic properties of ultrathin 2D and 1D alloyed nanostructures of stanene. In: AIP Conference Proceedings. AIP Publishing LLC. p. 090049 (2017)
Schniepp, H.C., Li, J.-L., McAllister, M.J., Sai, H., Herrera-Alonso, M., Adamson, D.H., et al.: Functionalized single graphene sheets derived from splitting graphite oxide. J. Phys. Chem. B 110, 8535–8539 (2006)
Shahrokhi, M., Leonard, C.: Tuning the band gap and optical spectra of silicon-doped graphene: many-body effects and excitonic states. J. Alloy. Compd. 693, 1185–1196 (2017)
Shi, Z., Singh, C.V.: The ideal strength of two-dimensional stanene may reach or exceed the Griffith strength estimate. Nanoscale 9(21), 7055–7062 (2017). https://doi.org/10.1039/c7nr00010c
Shi, Z., Zhang, Z., Kutana, A., Yakobson, B.I.: Predicting two-dimensional silicon carbide monolayers. ACS Nano 9, 9802–9809 (2015)
Sirikumara, H.I., Putz, E., Al-Abboodi, M., Jayasekera, T.: Symmetry induced semimetal-semiconductor transition in doped graphene. Sci. Rep. 6, 19115 (2016)
Tonkikh, A., Klavsyuk, A., Zakharov, N., et al.: SnSi nanocrystals of zinc-blende structure in a Si matrix. Nano Res. 8(12), 3905–3911 (2015)
Ullah, S., Hussain, A., Syed, W., Saqlain, M.A., Ahmad, I., Leenaerts, O., et al.: Band-gap tuning of graphene by Be doping and Be, B co-doping: a DFT study. RSC Adv. 5, 55762–55773 (2015)
Varykhalov, A., Scholz, M., Kim, T.K., Rader, O.: Effect of noble-metal contacts on doping and band gap of graphene. Phys. Rev. B 82, 121101 (2010)
Wang, X., Sun, G., Routh, P., Kim, D.-H., Huang, W., Chen, P.: Heteroatom-doped graphene materials: syntheses, properties and applications. Chem. Soc. Rev. 43, 7067–7098 (2014)
Wang, Z., Li, P., Chen, Y., Liu, J., Zhang, W., Guo, Z., et al.: Synthesis, characterization and electrical properties of silicon-doped graphene films. J. Mater. Chem. C 3, 6301–6306 (2015)
Wang, T., Zhao, R., Zhao, M., Zhao, X., An, Y., Dai, X., et al.: Effects of applied strain and electric field on small-molecule sensing by stanene monolayers. J. Mater. Sci. 52, 5083–5096 (2017)
Yildirim, H., Kara, A.: Computational studies of silicene on silver surfaces. In: Silicene, Springer, Berlin, pp. 203–213 (2016)
Zhang, Y., Tan, Y.W., Stormer, H.L., Kim, P.: Experimental observation of the quantum Hall effectand Berry! sphasein graphene. Nature 438, 201 (2005)
Zhao, J., Liu, H., Yu, Z., Quhe, R., Zhou, S., Wang, Y., et al.: Rise of silicene: a competitive 2D material. Prog. Mater Sci. 83, 24–151 (2016)
Zhou, L.-J., Zhang, Y.-F., Wu, L.-M.: SiC2 siligraphene and nanotubes: novel donor materials in excitonic solar cells. Nano Lett. 13, 5431–5436 (2013)