Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Исследование новых полиморфных разновидностей нитрида бора с алмазоподобными структурами

Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков

ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.493

Оригинальная статья

Аннотация: В работе проведено теоретическое исследование новых полиморфных разновидностей нитрида бора, имеющих алмазоподобные структуры. В результате расчетов методом теории функционала плотности в градиентном приближении была установлена возможность устойчивого существования четырех новых структурных разновидностей нитрида бора: BN - LA4, BN - LA5, BN - LA6 и BN - LA7. Энергия сублимации новых BN фаз варьируется в диапазоне от 16,85 до 17,84 эВ/(BN), ширина запрещенной зоны – от 4,34 до 6,07 эВ. Объемная плотность BN полиморфов изменяется от 3,020 до 4,452 г/см3.

Ключевые слова: нитрид бора, алмазоподобные фазы, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, электронные свойства, полиморфизм

  • Ряшенцев Дмитрий Сергеевич – аспирант кафедры химии твердого тела, химический факультет ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
  • Беленков Евгений Анатольевич – д.ф.-м.н., профессор кафедры физики конденсированного состояния, физический факультет ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»

Ссылка на статью:

Ряшенцев, Д.С. Исследование новых полиморфных разновидностей нитрида бора с алмазоподобными структурами / Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — Тверь: Твер. гос. ун-т, 2020. — Вып. 12. — С. 493-503. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.493.

Полный текст: download PDF file

Библиографический список:

1. Wentorf, R.H. Cubic form of boron nitride / R.H. Wentorf // The Journal of Chemical Physics. – 1957. – V. 26. – I. 4. – P. 956-957. DOI: 10.1063/1.1745964.
2. Wentorf, R.H. Preparation of semiconducting cubic boron nitride / R.H. Wentorf // The Journal of Chemical Physics. – 1962. – V. 36. – I. 8. – P. 1990-1991. DOI: 10.1063/1.1732816.
3. Hoffmann, D.M. Optical properties of pyrolytic boron nitride in the energy range 0,05–10 eV / D.M. Hoffmann, G.L. Doll, P.C. Eklund // Physical Review B. – 1984. – V. 30. – I. 10. – P. 6051-6056. DOI: 10.1103/PhysRevB.30.6051.
4. Robertson, J. Electronic structure and core exciton of hexagonal boron nitride / J. Robertson // Physical Review B. – 1984. – V. 29. – I. 4. – P. 2131-2137. DOI: 10.1103/PhysRevB.29.2131.
5. Rodríguez-Hernánd, P. Electronic and structural properties of cubic BN and BP / P. Rodríguez-Hernández, M. González-Diaz, A. Muñoz // Physical Review B. – 1995. – V. 51. – I. 20. – P. 14705-14708. DOI: 10.1103/PhysRevB.51.14705.
6. Kurdyumov, A.V. The structural aspect of wurtzite boron nitride phase stabilization / A.V. Kurdyumov, V.L. Solozhenko, W.B. Zelyavsky, I.A. Petrusha // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 1993. – V. 54. – I. 9. – P. 1051-1053. DOI: 10.1016/0022- 3697(93)90012-G.
7. Inaba, A. Low-temperature heat capacity of wurtzite-type boron nitride / A. Inaba, A. Yoshiasa // Japanese Journal of Applied Physics. – 1997. – V. 36. – Part 1. – № 9A. – P. 5644-5645. DOI: 10.1143/JJAP.36.5644.
8. Xu, Y.N. Electronic, optical, and structural properties of some wurtzite crystals / Y.N. Xu, W.Y. Ching // Physical Review B. – 1993. – V. 48. – I. 7. – P. 4335-4351. DOI: 10.1103/PhysRevB.48.4335.
9. Xiong, J. Hexagonal boron nitride adsorbent: Synthesis, performance tailoring and applications / J. Xiong, J. Di, W. Zhu et al. // Journal of Energy Chemistry. – 2020. – V. 40. – I. 1. – P. 99-111. DOI: 10.1016/j.jechem.2019.03.002.
10. Belenkov, M.E. Graphene polymorphs / M.E. Belenkov, A.E. Kochengin, V.M. Chernov, E.A. Belenkov // IOP Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1399. – I. 2. – Art. № 022024. – 5 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/2/022024.
11. Беленков, Е.А. Структура, свойства и возможные механизмы формирования алмазоподобных фаз / Е.А. Беленков, В.А. Грешняков // Физика твердого тела. – 2016. – Т. 58. – Вып.10. – С. 2069-2078.
12. Ryashentsev, D.S. New BN polymorphs with two-dimensional structure / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – V. 537. – I. 2. – Art. № 022060. – 4 p. DOI: 10.1088/1757- 899X/537/2/022060.
13. Ryashentsev, D.S. Structure and electronic properties of 4–8 and 4–6–12 layered varieties of boron nitride / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // IOP Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1410. 6th International School and Conference «Saint Petersburg OPEN 2019»: Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures, 22-25 April 2019, Saint Petersburg, Russian. – Art. № 012016. – 4 p. DOI: 10.1088/1742- 6596/1410/1/012016.
14. Ряшенцев, Д.С. Ab initio расчеты структуры и электронных свойств BN слоевых соединений из sp– и sp2– гибритизированных атомов / Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. –2019. – Вып. 11. – С. 511-519. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.511.
15. Ryashentsev, D.S. New polymorphic varieties of boron nitride with structure similar to graphyne / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // IOP Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1431. VIII International Conference «Deformation and fracture of materials and nanomaterials», 19-22 November 2019, Moscow, Russian Federation. – Art. № 012051. – 5p. DOI: 10.1088/1742-6596/1431/1/012051.
16. Покропивный, В.В. Новые наноформы углерода и нитрида бора / В.В. Покропивный, А.Л. Ивановский // Успехи химии. – 2008. – Т. 77. – №10. – С. 899-937. DOI: 10.1070/RC2008v077n10ABEH003789.
17. Enyashin, A.N. Graphene-like BN allotropes: Structural and electronic properties from DFTB calculations / A.N. Enyashin, A.L. Ivanovskii // Chemical Physics Letters. – 2011. – V. 509. – I. 4-6. – P. 143-147. DOI: 10.1016/j.cplett.2011.04.081.
18. Беленков, Е.А. Алмазоподобные фазы, получаемые из графеновых слоев / Е.А. Беленков, В.А. Грешняков // Физика твердого тела. – 2015. – T. 57. – Вып. 1. – С. 192-199.
19. Koch, W. A chemist’s guide to density functional theory / W. Koch, M.C. Holthausen. – 2nd ed. – Weinheim – New York – Chichester – Brisbane – Singapore – Totonto: WileyVCH Verlag GmbH, 2001 – 313 p. DOI: 10.1002/3527600043.
20. Langreth, D.C. Beyond the local-density approximation in calculations of ground-state electronic properties / D.C. Langreth, M.J. Mehl // Physical Review B. – 1983. – V. 28. – I. 4. – P. 1809-1834. DOI: 10.1103/physrevb.28.1809.
21. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini, et al. // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009 – V. 21. – № 39. – Art. № 395502. – 19 p. DOI: 10.1088/0953-8984/21/39/395502.
22. Katoch, J. Giant spin-splitting and gap renormalization driven by trions in single-layer WS2/ h–BN heterostructures / J. Katoch, S. Ulstrup, R.J. Koch, et al. // Nature Physics. – 2018. – V. 14. – I. 4. – P. 355-359. DOI: 10.1038/s41567-017-0033-4.
23. Jasuja, K. Introduction of protonated sites on exfoliated, large-area sheets of hexagonal boron nitride / K. Jasuja, K. Ayinde, C.L. Wilson, et al. // ACS Nano. – 2018. – V. 12. – I. 10. – P. 9931-9939. DOI: 10.1021/acsnano.8b03651.