اثرات کرنش تک‌محوری بر ویژگی­های ترابرد الکترونی بوروفن هیدروژنه: مطالعه‌ای بر پایة محاسبات ابتدا به ساکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

گروه فیزیک، واحد اسلامشهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اسلامشهر، ایران

چکیده
در این پژوهش، تأثیر کرنش تک محوری بر ویژگی­‌های ساختاری و ترابرد الکترونی بوروفن ß12 خالص و سه ساختار هیدروژنه از آن، با استفاده از محاسبات نظریه تابعی چگالی (DFT) بررسی شده است. بوروفن ß12 یکی از پیکربندی­‌های دو بعدی سنتز شده از اتم‌­های بور است که در فرآیند سنتز، به دلیل عدم تطابق میان شبکه بوروفن و زیرلایه، ممکن است تحت تأثیر درجاتی از کرنش­‌های کوچک قرار گیرد. همچنین، هیدروژن‌ه­سازی می­تواند موجب پایداری ساختاری آن شود. در این راستا، تأثیر هم­زمان اعمال کرنش­‌های تک محوری کششی و فشاری کوچک و هیدروژنه­‌سازی بر ساختار نواری، چگالی جزیی حالت‌­های الکترونی و مشخصه‌­های جریان-ولتاژ بوروفن بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهد که ویژگی­‌های ترابردی بوروفن خالص و هیدروژنه نه‌تنها وابستگی جهت‌دار دارند بلکه این رفتار ناهمسانگرد، با کرنش قابل تنظیم است. بررسی مشخصه‌های جریان-ولتاژ (I-V) ساختارهای مورد مطالعه در ولتاژهای سوییدگی کمتر ازV 1 نشان می­‌دهد که اعمال کرنش بر میزان ناهمسانگردی جریان تأثیرگذار است. نسبت ناهمسانگردی جریان بوروفن خالص در ولتاژ سوییدگی V1، برابر 74/0 به‌دست آمده است که با هیدروژنه‌­سازی، تغییرات محسوسی داشته و در یکی از از ساختارهای بررسی شده، رفتار جریان، همسانگرد شده است. همچنین مقایسة نسبت پواسون در دو راستای آرمچیر و زیگزاگ نشان می­‌دهد که هیدروژنه سازی موجب نرم شدن ساختارهای هیدروژنه در راستای آرمچیر، نسبت به بوروفن خالص، شده است. قابلیت تنظیم رفتارI-V با اعمال کرنش­‌های کوچک، بیانگر پتانسیل بالای این ساختارها برای استفاده در نسل آیندة دستگاه‌های الکترونیکی نوآورانه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله English

Uniaxial Strain Effects on Electronic Transport Properties of Hydrogenated beta12 Borophene: A First-Principles Study

نویسنده English

Mansoureh Pashangpour
Faculty Department of Physics, Isl.C, Islamic Azad University, Islamshahr, Iran
چکیده English

In this study, the effect of uniaxial strain on the structural and electronic transport properties of pristine borophene and three of its hydrogenated configurations is investigated using density functional theory (DFT) calculations. Borophene is a two-dimensional structure composed of boron atoms that, due to lattice mismatch with the substrate during synthesis, may be subjected to small degrees of strain. Moreover, hydrogenation can increase its structural stability. Therefore, the simultaneous effects of small uniaxial tensile and compressive strains and hydrogenation on the band structure, partial density of electronic states, and current–voltage (I–V) characteristics of borophene are studied. The results indicate that the transport properties of both pristine and hydrogenated borophene display directional dependence, and this anisotropic behavior can be modified by applying strain. Analysis of the I–V characteristics at bias voltages below 1 V indicates that strain affects the degree of current anisotropy. For pristine borophene, the current anisotropy ratio at a bias voltage of 1 V is found to be 0.74, which varies significantly upon hydrogenation, leading to isotropic current behavior in one of the considered configurations. Additionally, comparison of the Poisson ratios along the armchair and zigzag directions reveals that hydrogenation softens the hydrogenated structures along the armchair direction compared with pristine borophene. The tunability of the I–V behavior under small strains highlights the high potential of these structures for applications in next-generation electronic devices.

کلیدواژه‌ها English

density functional theory
electronic transport
Borophene
Borophane
strain
1.       B Feng, J Zhang, R-Y Liu, et al., Phys. Rev. B 94 (2016) 041408.
2.       B Feng, O Sugino, R-Y Liu, et al., Phys. Rev. Lett. 118 (2017) 096401.
3.       B Feng, J Zhang, S Ito, et al., Adv Mater 30 (2018) 201704025.
4.       OG Yildiz, AC Can, NS Peighambardoust, U Aydemir,  Small Struct 6 (2025) 202500186.
5.       B Feng, J Zhang, Q Zhong, et al., Nat Chem 8 (2016) 563–568.
6.       AJ Mannix, X-F Zhou, B Kiraly, et al., Science (2015) 1513–1516.
7.       A Verma, DR Sahoo, Earthq Eng Struct Dyn 46 (2017) 1081–1098.
8.       N Karmodak, ED Jemmis, BI Yakobson, Springer International Publishing, Cham (2021) 27–49.
9.       X Liu, Z Zhang, L Wang, et al., Nat Mater 17 (2018) 783–788.
10.   S Zarkar, S Gupta, B Kandasubramanian, J Nanoparticle Res 26 (2024) 207.
11.   M Pashangpour, S Fotoohi,  J Res Many-body Syst 11(2021) 1–10.
12.   M Pashangpour, Iran J Phys Res 20 (2020).
13.   V Ghaffari, M Ilkhani, M Pashangpour, Z Bagheri, (2021) Comput Mater Sci 200:110778.
14.   Q Li, VSC Kolluru, MS Rahn, et al., Science 371 (2021) 1143–1148.
15.   V Shukla, A Grigoriev, NK Jena, R Ahuja, Phys Chem Chem Phys 20 (2018) 22952–22960.
16.   JE Padilha, RH Miwa, A Fazzio, Phys Chem Chem Phys 18 (2016) 25491–25496.
17.   Yu M, Zhang Z, Guo W, (2021) J Phys Chem C 125:22917–22928.
18.   Y Kang, X Ma, J Fu, et al., J Phys Chem Lett 13 (2022) 10222–10229.
19.   Y-J Chen, H-Y Lu, F-L Shao, P Zhang,  Phys Rev Mater 7 (2023) 034004.
20.   P Giannozzi, S Baroni, N Bonini, et al., J Phys Condens Matter 21(2009) 395502.
21.   JP Perdew, K Burke, M Ernzerhof, Phys Rev Lett 77 (1996) 3865–3868.
22.   HJ Monkhorst, JD Pack, Phys Rev B 13 (1976) 5188–5192.
23.   Z Xie, X Meng, X Li, et al., Research 2020 (2020).
24.   T Farajollahpour, Z Faraei, SA Jafari,  Phys Rev B 99 (2019) 235150.
25.   SA Jafari, Iran J Phys Res 19 (2020).
26.   A Calzolari, N Marzari, I Souza, M Buongiorno Nardelli, Phys Rev B 69 (2004) 35108.
27.   R Landauer, M Büttiker, Phys Scr T9 (1985) 155–164.
28.   DS Fisher, PA Lee, Phys Rev B 23 (1981) 6851–6854.
29.   R Landauer, IBM J Res Dev 1 (1957) 223–231.
30.   X Yang, Y Ding, J Ni, Phys Rev B 77 (2008) 41402.
31.   B Mortazavi, O Rahaman, A Dianat, T Rabczuk, Phys Chem Chem Phys 18 (2016) 27405–27413.
32.   L Shao, Y Li, Q Yuan, et al., Mater Res Express 4 (2017) 45020.
33.   R Mondal, N Bedamani Singh, J Deb, et al., J Mol Graph Model 112 (2022) 108117.

تحت نظارت وف بومی