Nghiên cứu các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của dải nano silicene 1D cạnh ghế bành hấp phụ nguyên tử hydro

"Nghiên cứu các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của dải nano silicene 1D cạnh ghế bành hấp phụ nguyên tử hydro" 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:
Nghiên cứu các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của dải nano silicene 1D cạnh ghế bành hấp phụ nguyên tử hydro Nghiên cứu các tính chất cấu trúc, điện tử và từ tính của dải nano silicene 1D cạnh ghế bành hấp phụ nguyên tử hydro Huynh Nhu1, Tran Trung Nghia1, Nguyen Thanh Phuong2, Nguyen Duy Khanh1,2,* 1 Viện Phát triển Ứng dụng, Đại học Thủ Dầu Một 2 Trung tâm Công nghệ thông tin, Đại học Thủ Dầu Một Corresponding at khanhnd@tdmu.edu.vn TÓM TẮT Các tính chất cấu, điện tử và từ tính 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 bất kể nồng độ và phân bố nguyên tử. 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 sắt từ kiểu p với nồng độ lỗ trống rất cao và kim loại sắt từ này sẽ trở thành các bán dẫn không từ tính với độ rộng vùng cấm lớn khoảng 2.18 eV khi hấp phụ 100% F. Các tính chất điện tử và từ tính đa dạng này sẽ rất tiềm năng cho các ứng dụng điện tử và điện tử spin hiệu năng cao trong tương lai. Từ khóa: silicene, các dải silicene 1D, năng lượng hấp phụ, tính chất điện tử, cấu hình từ tính và tính toán DFT. Structural, electronic, and magnetic properties of hydrogen-adsorbed armchair silicene nanoribbons Huynh Nhu1, Tran Trung Nghia1, Nguyen Thanh Phuong2, Nguyen Duy Khanh1,2,* 1 Institute of Applied Technology, Thu Dau Mot University 193 2 Information Technology Center, Thu Dau Mot University ABSTRACTS Structural, electronic, and magnetic properties of fluorine-adsorbed armchair silicene nanoribbons (ASiNR) are studied through the density functional theory (DFT) calculations. The physical quantities to determine the essential properties are fully developed under the DFT calculations, including the adsorption energies, optimal lattice parameters, electronic band structrures, density of states, charge density distributions, magnetic moments, and spin density distributions. The fluorine atoms are optimally adsorbed at the top site of ASiNR, regardless of adatom concentrations and distributions. The adsorption energies are achieved about -5 eV that is large enough to create the stable structure, belonging to the chemical adsorption. The F-Si bonds are very stronger than the Si-Si bonds, causing higher buckling in the F-adsorbed systems. The pristine ASiNR has the direct bandgap of 0.26 eV. Under the single F adsorptions, it becomes the ferromagnetic p-type metals with high free hole density. The ferromagnetic p-type metals will become the nonmagnetic semiconductor with large bandgap of 2.18 eV. The diverse electronic and magnetic properties of F-adsorbed ASiNR will be very potetential for applications in high- performance electronic and spinstronic devices. Keywords: silicene, silicene nanoribbons, adsorption energy, electronic properties, magnetic configurations, and DFT calculations. 1. Giới thiệu Silicon (Si) là một nguyên tố thuộc nhóm IV có cấu hình electron đặc biệt có thể tồn tại ở nhiều dạng thù hình khác nhau ở nhiều kích thước khác nhau. Tương tự như sự phát triển của các vật liệu dựa trên carbon (C), các dạng thù hình khối 3D [1], một chiều (1D) [2] và không chiều (0D) [3] của Si đã sớm được phát hiện, trong đó cấu trúc khối 3D của Si được biết đến là thành phần chính trong các linh kiện bán dẫn. Các dạng thù hình thấp chiều của Si như các ống nano 1D [4] và fullerene 0D [5] cũng đã được phát hiện từ rất sớm; trong khi cấu trúc 2D cơ bản của Si chỉ được dự đoán vào năm 1994 [6]. Cấu trúc Si 2D này chỉ mới thu hút được nhiều sự chú ý kể từ khi sự tổng hợp thành công lần đầu tiên của graphene 2D vào năm 2004. Cấu trúc Si 2D này được gọi là silicene và được biết đến như là vật liệu 2D giống graphene. Silicene có cấu trúc mạng tinh thể lục giác mấp mô thấp với cơ chế lai hóa quỹ đạo hỗn hợp sp2/sp3. Cơ chế lai hóa 194 quỹ đạo hỗn hợp sp2/sp3 này chỉ ra rằng sự phân tách các liên kết σ và π trong silicene là tương đối yếu so với cơ chế lai hóa sp2 của graphene mặc dù cả silicene và graphene đều có cấu trúc hình nón Dirac được tạo thành từ các quỹ đạo pz trong năng lượng vùng thấp. Về mặt thực nghiệm, silicene chỉ có thể được tổng hợp thông qua phương pháp nuôi epitaxy từ dưới lên (bottom-up) vì nguyên tố Si không tồn tại cấu trúc xếp lớp trong tự nhiên như graphite [7]. Silicene sở hữu nhiều tính chất vật lý mới rất tiềm năng cho nhiều ứng dụng như bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) dựa trên silicene hoạt động ở nhiệt độ phòng [8], cảm biến 2D [9] và thiết bị lưu trữ năng lượng [10]. Bên cạnh đó, nhiều tính chất vật lý đặc khác của silicene cũng đã được phát hiện bao gồm độ rộng vùng cấm lớn gây ra bởi sự bắt cập spin-quỹ đạo tại điểm Dirac [11], hiệu ứng Hall spin lượng tử lớn [12], sự chuyển dời từ pha cách điện tôpô sang pha cách điện vùng [13]. Các tính chất vật lý mới tiềm năng củ ...