Các tính chất cấu trúc và điện tử của dải nano silicene 1D hấp phụ đơn nguyên tử Flo: Nghiên cứu nguyên lý ban đầu

"Các tính chất cấu trúc và điện tử của dải nano silicene 1D hấp phụ đơn nguyên tử Flo: Nghiên cứu nguyên lý ban đầu" được nghiên cứu bằng các tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT). Thông qua các tính toán DFT, các đại lượng vật lý được phát triển để nghiên cứu các tính chất cấu trúc và điện tử bao gồm năng lượng hấp phụ, các thông số mạng tối ưu hóa, cấu trúc vùng điện tử, mật độ trạng thái và phân bổ mật điện tích. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các tính chất cấu trúc và điện tử của dải nano silicene 1D hấp phụ đơn nguyên tử Flo: Nghiên cứu nguyên lý ban đầu Các tính chất cấu trúc và điện tử của dải nano silicene 1D hấp phụ đơn nguyên tử Flo: Nghiên cứu nguyên lý ban đầu Nguyen Thanh Phuong1, Nguyen Duy Khanh1,2,* 1 Trung tâm Công nghệ thông tin, Đại học Thủ Dầu Một 2 Viện Phát triển Ứng dụng, Đại học Thủ Dầu Một Corresponding at khanhnd@tdmu.edu.vn TÓM TẮT Các tính chất cấu và điện tử của dải nano silicene 1D cạnh nghế bành (ASiNR) hấp phụ đơn nguyên tử flo (F) là được nghiên cứu bằng các tính toán lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT). Thông qua các tính toán DFT, các đại lượng vật lý được phát triển để nghiên cứu các tính chất cấu trúc và điện tử bao gồm năng lượng hấp phụ, các thông số mạng tối ưu hóa, cấu trúc vùng điện tử, mật độ trạng thái và phân bổ mật điện tích. Nguyên tử F hấp phụ tối ưu nhất tại vị top. Năng lượng hấp phụ được đã tính được là khoảng -5 eV rất lớn thuộc về hấp phụ hóa học. Điều này dẫn đến các cấu trúc hấp phụ là rất bền. Độ dài liên kết F-Si được tạo thành là rất lớn hơn Si- Si. Do vậy, khi hấp phụ 1 nguyên tử F thì độ mấp mô cấu trúc sẽ được tăng cường đáng kể trong các cấu trúc hấp phụ. ASiNR nguyên sơ có độ rộng vùng cấm là 0.26 eV. Khi hấp phụ 1 nguyên tử F thì cấu trúc hấp phụ này trở thành kim loại kiểu p với nồng độ lỗ trống rất cao. Các kim loại kiểu p này sẽ rất tiềm năng cho các vật dẫn hiệu năng cao trong tương lai. Từ khóa: silicene, các dải silicene 1D, năng lượng hấp phụ, tính chất điện tử và tính toán DFT. Structural and electronic properties of single fluorine-adsorbed silicene nanoribbons: A first-principles study Nguyen Thanh Phuong1, Nguyen Duy Khanh1,2,* 1 Information Technology Center, Thu Dau Mot University 2 Institute of Applied Technology, Thu Dau Mot University ABSTRACTS 79 Structural and electronic of single fluorine atom-adsorbed armchair silicene nanoribbons (ASiNR) are studied through the density functional theory calculations. Using the DFT calculations, the physical quantities to determine the structural and electronic properties are thoroughly developed that includes the adsorption energies, optimal structural parameters, electronic band structures, density of states, and spatial charge density distributions. F adatoms optimally adsorb at the top site of ASiNR, regardless of adatom concentrations and distributions. The large adsorption energies are achieved that lead to a very stable structure. This adsorbed system can be considered as the chemical adsorption. The created F-Si bond lengths are very shorter than the Si-Si bond lengths, causing the higher buckling in the F-adsorbed systems. The pristine ASiNR has the bandgap of 0.26 eV that can ben regarded as the semiconductor. Under the single F adsorption, it becomes the p-type metals with high free hole density that is due to the F adatoms adsorbing electrons from Si atom to create holes. The p-type metallic properties of F- adsorbed ASiNR will be very promissing for future high-performance conductors. 1. Giới thiệu Mặc dù đã gần hai thập kỷ kể từ lần đầu tiên tổng hợp thành công vật liệu graphene hai chiều (2D) [1], các vật liệu 2D giống graphene vẫn được quan tâm trong nhiều nghiên cứu vì các đặc tính mới của chúng là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất của nhiều vật liệu truyền thống trong các thiết bị [2]. Silicene được biết đến như một vật liệu 2D giống graphene tồn tại trong một cấu trúc mạng tổ Ong mấp mô [3]. Silicene sở hữu nhiều tính chất chất đặc biệt giống graphene [4]. Ngoài ra, silicene thể hiện nhiều đặc tính độc đáo khác như độ rộng vùng cấm xuất hiện bởi sự bắt cập spin quỹ đạo tại điểm Dirac [5], sự xuất hiện của pha kim loại phân cực thung lũng và hiệu ứng Hall lượng tử bất thường [6], spin lượng tử Hiệu ứng Hall được kiểm tra ở phạm vi nhiệt độ thấp [7], và đặc tính cách điện tôpô trở thành pha cách điện bề mặt dưới điện trường bên ngoài [8]. Bên cạnh đó, silicene có khả năng tương thích tốt trong các thiết bị điện tử cao hơn graphene vì thành phần chính của silicene dựa trên các nguyên tử silicon [9] là nguyên tố chính trong ngành công nghiệp điện tử silicon [10]. Điều này làm cho silicene trở thành trọng tâm chính của nhiều nghiên cứu gần đây do ưu điểm của nó trong việc tích hợp với các thiết bị điện tử dựa trên Si [11, 12]. Tuy nhiên, độ rộng vùng cấm bằng 0 của silicene đã ngăn cản tiềm năng lớn của nó cho các ứng dụng thực tế [13]. Do đó, việc mở rộng độ rộng vùng cấm cho silicene là một vấn đề quan trọng cho các ứng dụng điện tử [14]. Các phương pháp khác nhau đã được sử 80 dụng để mở dải silicene như sự hấp phụ nguyên tử [15], sự thay thế [16], chức năng hóa học [17], biến dạng cơ học [18], cấu hình xếp lớp [19], áp dụng trường bên ngoài [20] và giam cầm lượng tử kích thước hữu hạn [21]. Trong số các phương pháp này, giam cầm ở kích thước hữu hạn có thể tạo thành các dải nano silicene 1D (SiNRs) mà không có bất kỳ biến dạng cấu trúc nghiêm trọng nào, đây được xem là một phương pháp hiệu quả để mở rộng độ rộng vùng cấm của silicene [22]. SiNRs sở hữu hai cấu trúc cạnh điển hình, được gọi là ghế bành (ASiNR) và cạnh ngoằn ngoèo (ZSiNR) [23]. Cả ASiNR và ZSiNR đều biểu thị độ rộng vùng cấm trực tiếp, được xác định bởi vùng hóa trị chiếm đầy cao nhất và vùng dẫn không bị chiếm dụng thấp nhất [24]. Độ rộng vùng cấm của SiNR phụ thuộc mạnh vào độ rộng cấu trúc tuân theo quy tắc Eg(2n + 1)>Eg(2n)>Eg(2n + 2). ZSi ...