Sự ổn định cấu trúc và tính chất điện tử của dải nano silicon dicarbide ngũ giác biên răng cưa sai hỏng khuyết

"Sự ổn định cấu trúc và tính chất điện tử của dải nano silicon dicarbide ngũ giác biên răng cưa sai hỏng khuyết (DSS-p-SiC2NRs)" được nghiên cứu bằng cách tính năng lượng liên kết, phổ phonon, cấu trúc vùng điện tử và hàm sóng bloch bởi phương pháp nguyên lý ban đầu. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Sự ổn định cấu trúc và tính chất điện tử của dải nano silicon dicarbide ngũ giác biên răng cưa sai hỏng khuyết Sự ổn định cấu trúc và tính chất điện tử của dải nano silicon dicarbide ngũ giác biên răng cưa sai hỏng khuyết Nguyễn Thành Tiên1*, Lê Nhật Thanh1, Ngô Vũ Hảo1 , và Võ Văn Ớn2 1 Khoa Khoa học Tự nhiên - Trường Đại học Cần Thơ 2 Viện phát triển ứng dụng - Trường Đại học Thủ Dầu Một *Corresponding at nttien@ctu.edu.vn TÓM TẮT Trong bài báo này, sự ổn định cấu trúc, tính chất điện tử của các dãy nano silicon dicarbide (p- SiC2) dạng ngũ giác biên răng cưa sai hỏng khuyết (DSS-p-SiC2NRs) được nghiên cứu bằng cách tính năng lượng liên kết, phổ phonon, cấu trúc vùng điện tử và hàm sóng bloch bởi phương pháp nguyên lý ban đầu. Bốn kiểu khuyết được khảo sát trong nghiên cứu này là khuyết đơn nguyên tử C1 (lai hóa sp3), C2 (lai hóa sp2), khuyết đồng thời hai nguyên tử C2 và khuyết nguyên tử C1 và nguyên tử C2. Hai vị trí khuyết được nghiên cứu là khuyết biên và khuyết trong lõi cấu trúc. Kết quả nghiên cứu cho thấy DSS-p-SiC2NRs chỉ ổn định khi khuyết tồn tại bên trong. Cấu trúc vùng điện tử DSS-p-SiC2NRs có tồn tại các trạng thái khuyết trong vùng cấm thể hiện sự định xứ mạnh điện tử. Kết quả nghiên cứu này cung cấp thông tin quan trọng cho việc hiểu đầy đủ về cấu trúc thực để có thể phát triển ứng dụng DSS-p-SiC2NRs trong lĩnh vực quang điện tử. Từ khóa: dải nano silicon dicarbide dạng ngũ giác, nguyên lý ban đầu, sai hỏng, phổ phonon, tính chất điện tử. Structural stability and electronic properties of pentagonal SiC2 nanoribbons with defected sawtooth edges Nguyễn Thành Tiên1*, Lê Nhật Thanh1, Ngô Vũ Hảo1, và Võ Văn Ớn2 1 College of Natural Sciences – Can Tho University 2 Institute of Applied Technology, Thu Dau Mot University ABSTRACTS In this paper, structural stability and electronic properties of the pentagonal silicon dicarbide nanoribbons (p-SiC2) with sawtooth edge defected (DSS-p-SiC2NRs) are investigated through 30 the binding energies, phonon spectrum, band structure, and Bloch wavefunction under the first- principles calculations. The four kinds of defects are studied, including single C1 (sp3 hybridization), C2 (sp2 hybridization), double C2, and C1 and C2. The two points of defects studied are the edge defects and center defects. Results show that the DSS-p-SiC2NRs are only stabilized when the defects exist at center sites. The electronic band structure of the DSS-p- SiC2NRs shows the defected states in the bandgap region, exhibiting the strong localization of electrons. The results in this study can provide the full information on the structural and electronic properties of the DSS-p-SiC2NRs that can apply in future optoelectronic properties. Keywords: pentagonal SiC2 nanoribbons, DFT, defects, phonon spectrum, and electronic properties. 1. Giới thiệu Gần đây, Penta-Graphene (PG), một cấu trúc các nguyên tử C đơn lớp xếp hình ngũ giác đã được đề xuất. Cấu trúc PG là tổ hợp của các nguyên tử C1 (lai hóa sp3) và các nguyên tử C2 (lai hóa sp2) [1]. Các nghiên cứu tiên đoán PG là một bán dẫn có vùng cấm gián tiếp với độ rộng vùng cấm là 3.25 eV [2, 3]. Bên cạnh đó, các nghiên cứu này cũng tiên đoán rằng PG có hệ số Poisson âm bất thường, độ bền siêu cao và khả năng chịu được nhiệt cao tới 1000 K, vượt trội so với Graphene. Vào năm 2016, Xia và cộng sự sử dụng phương pháp lắng động hóa pha hơi đã khẳng định rằng họ có thể nuôi định hướng lớp PG lớn trên lá Cu [4]. Tiếp theo sau nhiều vật liệu cấu trúc đơn lớp dạng ngũ giác đã được đề xuất và tổng hợp thành công, ví dụ như: pentagonal silicon dicarbide (p-SiC2) and pentagonal carbon nitride (p-CN2) [5]. Nhằm mục đích giảm kích thước linh kiện, tấm PG được cắt thành các cấu trúc giả một chiều được gọi là Penta-Graphene nanoribbon (PGNR). PGNR có 4 loại: ZZ, AA, ZA, SS. Trong đó, SS là loại đáng chú ý nhất không chỉ bởi vì nó là bán dẫn mà còn vì nó là cấu trúc bền nhất trong bốn loại PGNR. Sự hấp phụ các phân tử khí CO, CO2, NH3 trên bề mặt cấu trúc này được nghiên cứu, xác định được đặc tính hấp phụ của chúng [6]. Nghiên cứu tính chất vận chuyển điện tử của SSPGNR pha tạp thay thế (Si, P, N) và điều chỉnh biên cấu trúc đã được thực hiện, kết quả cho thấy cấu trúc vùng năng lượng và đặc trưng I-V của N:SSPGNR thay đổi đáng kể so với mẫu nguyên sơ [7, 8]. 31 Bằng việc tính toán dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ, chúng tôi đã nghiên cứu một cách có hệ thống sự ổn định cấu trúc và đặc tính điện tử của các dãy nano p-SiC2 dạng ngũ giác (p- SiC2NRs). Chúng tôi ghi nhận rằng p-SiC2NRs ổn định cấu trúc nhưng bị vênh. Trong bốn dạng cấu trúc p-SiC2NRs (ZZ, ZA, AA và SS) thì cấu trúc SS-p-SiC2NRs được xác định ổn định nhất về mặt nhiệt học và động lực học và có tính bán dẫn [9]. Tuy nhiên, ta biết rằng, các cấu trúc thấp chiều nói chung dễ bị sai hỏng khuyết khi tổng hợp chúng [10, 11, 12]. Vì thế, việc nghiên cứu sự ổn định cấu trúc và đặc tính điện tử của các cấu trúc khuyết là rất cần thiết, có thêm thông tin về cấu trúc thực. Trong nghiên cứu này, dựa trên cơ sở lý thuyết phiếm hàm mật độ, sự tồn tại và đặc tính điện tử của các SS-p-SiC2NR sai hỏng khuyết được nghiên cứu. 2. PHƯƠNG PHÁP Sự ổn định cấu trúc và đặc tính điện tử của các mẫu SS-p-SiC2NR khuyết được nghiên cứu bằng phương pháp nguyên lý ban đầu dựa trên lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT [13]. Chúng tôi nghiên cứu mẫu có độ rộng năm chuỗi được cắt theo biên răng cưa. Các mẫu SS-p ...