نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

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

چکیده

در این پژوهش، ویژگی­های مکانیکی، نوری و انتقال الکترونی دو فاز از بوروفسفین گرافین­گونه با استفاده از نظریة تابعی چگالی بررسی و مقایسه می­شود. بوروفسفین گرافین­گونه، ساختاری لانه زنبوری با نسبت­های مساوی از اتم­های بور و فسفر است که در دو فاز همسانگرد و ناهمسانگرد معرفی شده است. به این منظور ساختار نواری، چگالی جزیی حالات الکترونی، مدول­های یانگ، نسبت­های پواسون، تابع دی­الکتریک و مشخصه­های جریان- ولتاژ محاسبه و مقایسه می­شوند. نتایج نشان می­دهد که فاز ناهمسانگرد بوروفسفین گرافین­گونه، یک شبه­فلز و فاز همسانگرد آن، یک نیمه رسانا با گاف انرژی مستقیم 9/0 الکترون ولت است. همچنین مدول یانگ برای هر دو فاز در راستای زیگزاگ و آرمچیر بلور بیشترین و نسبت پواسون در این دو راستا، کمترین مقادیر را دارند. ویژگی­های نوری این دو ساختار شامل طیف اتلاف انرژی، ضریب شکست، ضریب خاموشی، رسانندگی نوری و ضریب بازتابش برای میدان­های الکتریکی موازی و عمود بر سطح دو نانولایة مورد مطالعه با تقریب فاز تصادفی از قسمت­های حقیقی و موهومی تابع دی­الکتریک به دست می­آیند. انرژی پلاسمون­ها برای فاز ناهمسانگرد 24/2 و 88/8 الکترون ولت در راستای آرمچیر و 01/9 الکترون ولت در راستای زیگزاگ و برای فاز همسانگرد، 38/3 و 12/9 الکترون ولت در هر دو راستا به دست آمده­است. هر دو فاز در مقابل نور مرئی قطبیده در راستای عمود بر بلور، شفاف بوده و میزان بازتاب و جذب آنها صفر است. با توجه به عبور/ جذب/ بازتابش گزینشی موج الکترومغناطیسی در دو بلور مورد مطالعه، این ماده به عنوان گزینه­ای مناسب در ساخت ادوات نانوالکترونیک نوری پیشنهاد می­شود. در ویژگی‌های انتقال الکترونی فاز همسانگرد، رفتار اهمی و همسانگردی در مشخصه جریان- ولتاژ پس از ولتاژ سوییدة آستانه 9/0 ولت مشاهده می­شود. با توجه به سرعت فرمی بالای حامل­های بار در فاز ناهمسانگرد بوروفسفین ( )، این ماده قابلیت استفاده در ادوات نانوالکترونیکی را خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of mechanical, optical and electronic transport properties of ‎isotropic and anisotropic borophosphene

نویسنده [English]

  • M Pashangpour

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

چکیده [English]

In this research, mechanical, optical and electronic transport properties of two phases of graphene-like borophosphene are investigated using density functional theory. Graphene-like borophosphene, a honeycomb structure with equal ratio of boron and phosphorus atoms, is introduced in two isotropic and anisotropic phases. For this purpose, band structure, partial density of states, Young’s modulus, Poisson ratios, dielectric function, and current-voltage characteristics are calculated and compared. The results show that the anisotropic phase of graphene-like borophosphene is semimetal and the isotropic phase is a semiconductor with a direct energy gap of 0.9 eV. Moreover, the Young’s modulus has the highest values for both phases in the zigzag and armchair directions of crystal, and the Poisson ratio has the lowest values in these two directions. Besides, optical properties of these two structures include electron energy loss spectroscopy, refractive index, extinction coefficient, optical conductivity and reflection coefficient for parallel and perpendicular polarization of electric fields respect to the sheets are computed by real and imaginary parts of dielectric function using random phase approximation. Plasmon’s energies are obtained 2.24 and 8.88 eV in the armchair direction and 9.01 eV in the zigzag direction for the anisotropic phase and for the isotropic phase, 3.38 and 9.12 eV are obtained in both directions. Both phases are transparent respect to visible light polarized in the perpendicular direction to the crystal, and the reflection and absorption are zero. Due to the selective transmission / absorption / reflection of the electromagnetic wave in the crystals, this material is suggested as a suitable candidate in the fabrication of nano optoelectronic devices. Furthermore, Ohmic behavior is observed in current-voltage characteristics of the isotropic phase after the threshold bias voltage of 0.9 V. As a result of the high Fermi velocity of charge carriers in the anisotropic phase of borophosphene ( ), this material can be used in nanoelectronic devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • graphene-like borophosphene
  • density functional theory
  • Young’s modulus
  • dielectric ‎function
  • electronic transport‎ ‎ ‎‎

K S Novoselov, A K Geim, S V Morozov, D Jiang, Y Zhang, S V Dubonos, I V Grigorieva, A A Firsov,‎‏‏‎ Science 306 (2004) 666.‎

‎X R Hu, J M Zheng, and Z Y Ren, Front. Phys. 13 (2017) 137302.‎

‎G Liu, X L Lei, M S Wu, B Xu, and C Y Ouyang, J. Phys.: Condens. Matter 26 (2014) 355007. ‎

‎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. ‎

‎K Watanabe, T Taniguchi, and H Kanda, Nat. Mater. 3 (2004) 404. ‎

‎Q H Wang, K Kalantar-Zadeh, A Kis, J N Coleman, and M S Strano, Nat. Nano technol. 7 (2012) ‎‎699.‎

‎A J Mannix, et al., Science 350 (2015) 1513.‎

‎B Feng, J Zhang, Q Zhong, et al., Nature Chem. 8 (2016) 563.‎

‎Z Zhang, Y Yang, G Gao, 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, 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. ‎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.‎

15. ‎‏‏Y Zhang, J Kang, F Zheng, P Gao, S Zhang, and L Wan‏ ‏J. Phys. Chem. Lett. 10, 21 ‎‏)‏‎2019‎‏ (‏‎6656‎‏.‏

16. ‎ Z Zhu, X Cai, C Niu, C Wang and Y Jia, Appl. Phys. Lett. 109 (2016) 153107. ‎

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

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

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

20. ‎ ر ابراهیمی جابری، ج نعمت اللهی، ه قراگوزلو، س جلالی اسدآبادی، م جمال، مجلة پژوهش فیزیک ایران۱۹ (۱) (۱۳۹۸) ۳۷.‏

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

21. ‎Z Wang, T Lü, H Wang, et al., Front. Phys. 14 (2019) 33403.‎

22. ‎ C A Drax1, J O Sofo, Computer Physics Communications 175 (2006) 1.‎

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

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

تحت نظارت وف بومی