نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه فیزیک، دانشکدة علوم پایه، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر

چکیده

به تازگی فاز گرافین­گونه از اتم­های بور روی زیر لایۀ )111 Al (سنتز شده است، این مادة دو بعدی که بدون زیر لایه ناپایدار است پس از ترکیب با اکسیژن به ساختار پایداری تبدیل می­شود. در پژوهش حاضر، خواص مکانیکی و انتقال الکترونی اکسید بوروفین گرافین­گونه (g-B2O) در چارچوب نظریة تابعی چگالی و تابع گرین غیر تعادلی مطالعه شده است. برای این منظور چگالی حالات کلی و جزئی، ساختار نوارهای انرژی، چگالی بار، ثابت‌های کشسانی، مدول یانگ، نسبت پواسون، رسانش کوانتمی و نمودارهای جریان- ولتاژ در کرنش‌های کوچک تک محوری و دو محوری محاسبه شده­اند. نتایج این پژوهش نشان می­دهد که g-B2O فلز است و نقاط دیراکی با رابطة پاشندگی در مکان­هایی بالاتر و پایین­تر از تراز فرمی دارد. علاوه بر این نمودارهای جریان- ولتاژ، رفتار اهمی این ماده را نشان می­دهد. نمودارهای جریان- ولتاژ نشان می­دهد که کرنش مثبت باعث می‌شود چگالی جریان در جهت آرمچیر () کاهش و در جهت زیگزاگ () نسبت به حالت بدون کرنش افزایش یابد. کرنش‌های مثبت دو محوری و تک محوری در جهت آرمچیر تقریباً با رفتاری مشابه، بیشترین تغییرات را در  و  ایجاد کرده­اند. کرنش منفی نیز در جهت زیگزاگ بیشترین افزایش  را سبب شده است. کرنش منفی تک محوری در جهت آرمچیر و دو محوری تقریباً با رفتاری مشابه، بیشترین (کمترین) تغییرات در را ایجاد کرده است. چگالی جریان ناهمسانگرد در راستاهای زیگزاگ و آرمچیر و همچنین قابلیت کنترل این ناهمسانگردی توسط کرنش­های مثبت و منفی، استفاده از این مادة دو بعدی را در ادوات نانوالکترونیکی مناسب می­سازد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Investigation of the mechanical and electronic transport properties of graphene-like borophene oxide under small strains

نویسنده [English]

  • M Pashangpour

1. Department of Physics, Islamshahr Branch, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran

چکیده [English]

The graphene-like phase of boron atoms was recently synthesized on Al (111) substrate. This two dimensional material which is unstable without the substrate is improved to a stable structure after being combined with oxygen. In this research, mechanical and electronic transport properties of graphene-like borophene oxide (g-B2O) has been investigated within density functional theory framework and non-equilibrium Green’s function, for this purpose total and partial density of states, energy band structure, charge density, elastic constants, Young's modulus, Poisson's ratio, quantum conductance, and current-voltage characteristics have been calculated by applying small uniaxial and biaxial strains. The results show that g-B2O is a metal and has a Dirac point like graphene with a linear dispersion energy at a position above the Fermi level. In addition, the current-voltage curves display the Ohmic behavior of this material and exhibit that positive strain reduces the current density in armchair direction ( ) and increases the current density in zigzag direction of ( ) compared to without strain . The positive biaxial and uniaxial strains in armchair direction with almost similar behavior have the most variations in and . Besides, the negative strain in zigzag direction causes the most increasing. The negative uniaxial strain in armchair direction and negative biaxial strain with almost analogous behavior caused the most (the least) changes in ( ). The anisotropic current density along zigzag and armchair directions as well as the ability to control this anisotropy by positive and negative strains make this material suitable to usage in nanoelectronic devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • graphene-like borophene
  • density functional theory
  • density of states
  • Young’s modulus
  • electronic transport

  1. K S Novoselov, A K Geim, S V Morozov, D Jiang, Y Zhang, S V Dubonos, I V Grigorieva, and A A Firsov, Science 306 (2004) 666.
  2. G Liu, X L Lei, M S Wu, B Xu, and C Y Ouyang, J. Phys. Condens. Matter 26 (2014) 355007.
  3. G Liu, S B Liu, B Xu, C Y Ouyang, H Y Song, S Guan, and S A Yang, J. Phys. Chem. Lett. 6 (2015) 4936.
  4. X R Hu, J M Zheng, and Z Y Ren, Front. Phys. 13 (2017) 137302.
  5. K Watanabe, T Taniguchi, and H Kanda, Nat. Mater. 3 (2004) 404.
  6. Q H Wang, K Kalantar-Zadeh, A Kis, J N Coleman, and M S Strano, Nat. Nano technol. 7 (2012) 699.
  7. A J Mannix, et al. Science 350 (2015) 1513.
  8. B Feng, J Zhang, Q Zhong, et al. Nature Chem. 8 (2016) 563.
  9. Z Zhang, Y Yang, G Gao, and B I Yakobson, Angew. Chem. Int. Ed. 54 (2015) 13022.

10. W Xiaojun, D Jun, Z Yu, Z Zhiwen, Y Jinlong, and C Z Xiao, ACS Nano 6 8 (2012) 7443.

11. Z Zhang, E S Penev, and B I Yakobson, Chem. Soc. Rev. 46 22 (2017) 6746.

12. L Kong, K Wu, and L Chen, Front. Phys. 13 3 (2018)138105.

13. X Liu, Z Zhang, L Wang, B I Yakobson, and M C Hersam, Nat. Mater. 17 9 (2018) 783.

14. ZQ Wang, TY Lü, HQ Wang, et al, Front. Phys. 14 (2019) 33403. 

15. V Wang and W T Geng, J. Phys. Chem. C 121 (18) (2017) 10224.

16. H F Wang, Q F Li, Y Gao, F Miao, X F Zhou, and X G Wan, New J. Phys. 18 7 (2016) 073016.

17. Y X Liu, Y J Dong, Z Y Tang, X F Wang, L Wang, T J Hou, H P Lin, and Y Y Li, J. Mater. Chem. C 4 26 (2016) 6380.

18. H Xiao, W Cao, T Ouyang, S Guo, C He, and J Zhong, Sci. Rep. 7 (2017) 45986

19. B Peng, H Zhang, H Z Shao, Y F Xu, R J Zhang, and H Y Zhu, J. Mater. Chem. C 4 16 (2016) 3592.

20. E S Penev, A Kutana, and B I Yakobson, Nano Lett. 16 4 (2016) 2522.

21. R C Xiao, D F Shao, W J Lu, H Y Lv, J Y Li, and Y P Sun, Appl. Phys. Lett. 109 12 (2016) 122604.

22. W Li, L Kong, C Chen, J Gou, S Sheng, W Zhang, H Li, L Chen, P Cheng, K Wu, Science Bulletin 63 (2018) 282.

23. C Zhong, W Wu, J He, G Ding, Y Liu, D Li, S A Yang, and G Zhang, Nanoscale 11 (2019) 2468.

24. س فیض‌آبادی، ز کارگر، مجلة پژوهش فیزیک ایران ۱۲، ۱ (۱۳۹۱) ۱.

24. S Faizabadi and Z Kargar, Iran. J. Phys. Res. 12, 1 (2012) 1.

25. P Giannozzi, et al., J. Phys. Condens. Matter 21 (2009) 395502.

26. A Ferretti, B Bonferroni, A Calzolari, and M Buongiorno Nardelli, http://www.wannier-transport.org.

27. C Lee, B Feng, M D’angelo, R Yukawa, R Liu, T Kondo, H Kumigashira, I Matsuda, and T Ozaki, Phys. Rev. B 97 (2018) 075430.

28. H J Monkhorst, J D Pack, Phys. Rev. B 13 (1976) 5188.

29. X Fan, D Ma, B Fu, C Liu, and Y Yao, Phys. Rev. B 98 (2018) 195437.

30. T Farajollahpour, Z Faraei, and S A Jafari, Phys. Rev. B 99 (2019) 235150.

31. ر ابراهیمی جابری، ج نعمت اللهی، ه قراگوزلو، س جلالی اسدآبادی، م جمال، مجلة پژوهش فیزیک ایران ۱۹، 1 (۱۳۹۸) ۳۷.

31. R Ebrahimi-Jaberi, J Nematollahi, H Gharagoozloo, S Jalali-Asadabadi, and M Jamal, Iran. J. Phys. Res. 19, 1 (2019) 37.

32. S. Datta, “Electronic Transport in Mesoscopic Systems”, Cambridge university press (1997).

33. M Pashangpour, Comput. Mater. Sci. 168 (2019) 74.

تحت نظارت وف بومی