О возможности управления шириной запрещенной зоны в графене
З.А. Ахматов1, З.А. Ахматов2,1
1 ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
2 ФГБУН Федерального научного центра «ВНЦ РАН»
DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.277
Краткое сообщение
Аннотация: Используя расчеты из первых принципов была исследована возможность управления электронной зонной структурой однослойного графена. Показано, что при адсорбции атомов калия на поверхность графена в его электронном спектре появляется энергетическая щель. Также замечено, что величина запрещенной зоны сильно зависит от количества адсорбированных атомов, а именно, при увеличении количества адсорбируемых атомов запрещенная зона в графене может как увеличиваться, так и исчезать. Так, например, когда на 32 атома углерода в решетке графена приходится один атом калия, величина запрещенной зоны составляет ∆E = 0,1 эВ. Увеличение числа атомов калия до двух приводит к исчезновению энергетической щели, тогда как для трех атомов калия она составляет ∆E = 0,22 эВ. Следует также отметить, что появление запрещенной зоны при адсорбции не приводит к нарушению симметрии графеновых подрешеток. Данное наблюдение представляется нам интересным, так как по мнению многих авторов, именно нарушение симметрии подрешеток является основной причиной появления запрещенной зоны в графене.
Ключевые слова: графен, электронная зонная структура, расчеты из первых принципов, адсорбция, атомы щелочных металлов
- Ахматов Зейтун Ануарович – к.ф.-м.н., старший научный сотрудник кафедры теоретической и экспериментальной физики, ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
- Ахматов Зариф Ануарович – аспирант 3 курса обучения, Южный математический институт-филиал, ФГБУН Федерального научного центра «ВНЦ РАН», инженер ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова»
Ссылка на статью:
Ахматов, З.А. О возможности управления шириной запрещенной зоны в графене / З.А. Ахматов, З.А. Ахматов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 277-283. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.277.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Novoselov, K.S. Electric field effect in atomically thin carbon films / K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov et al. // Science. – 2004. – V. 306. – № 5696. – P. 666-669. DOI: 10.1126/science.1102896.
2. Khokonov, A.Kh. Bending vibrations of free and microdroplet-loaded graphene in the framework of the molecular dynamics method / A.Kh. Khokonov, Z.A. Akhmatov // Journal of Physics: Conference Series. – 2020. – V. 1556. – Art. № 012053. – 9 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1556/1/012053.
3. Britnell, L. Field‐effect tunneling transistor based on vertical graphene heterostructures / L. Britnell, R.V. Gorbachev, R. Jalil et al. // Science. – 2012. – V. 335. – № 6071. – P. 947-950. DOI: 10.1126/science.1218461.
4. Castro, E.V. Biased bilayer graphene: Semiconductor with a gap tunable by the electric field effect / E.V. Castro, K.S. Novoselov, S.V. Morozov // Physical Review Letters. – 2007. – V. 99. – I. 21. – P. 216802-1-216802-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.99.216802.
5. Kim, K.S. Coexisting massive and massless Dirac fermions in symmetry-broken bilayer graphene / K.S. Kim, A.L. Walter, L. Moreschini et al. // Nature Materials. – 2013. – V. 12. – I. 10. – P. 887-892. DOI: 10.1038/nmat3717.
6. Беленков, М.Е. Моделирование полиморфных разновидностей гексагонального графена, функционализированного гидроксильными группами / М.Е. Беленков, В.М. Чернов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2021. – Вып. 13. – С. 541- 551. DOI: 10.26456/pcascnn/2021.13.541.
7. Беленков, М.Е. Ab initio расчеты кристаллической и электронной структуры полиморфов 5-7 фторографена / М.Е. Беленков, В.М. Чернов // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 326-337. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.326.
8. Ohta, T. Controlling the electronic structure of bilayer graphene / T. Ohta, A. Bostwick, T. Seyller, K. Horn, E. Rotenberg // Science. – 2006. – V. 313. – № 5789. – P. 951-954. DOI: 10.1126/science.1130681.
9. Csányi, G. The role of the interlayer state in the electronic structure of superconducting graphite intercalated compounds / G. Csányi, P.B. Littlewood, A.H. Nevidomskyy, C.J. Pickard, B.D. Simons // Nature Physics. – 2005. – V. 1. – I. 1. – P. 42-45. DOI:10.1038/nphys119.
10. Giannozzi, P. QUANTUM ESPRESSO: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials / P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini // Journal of Physics: Condensed Matter. – 2009. – V. 21. – №. 39. – Art. № 395502. – 19 p. DOI: 10.1088/0953- 8984/21/39/395502.
11. Blöchl, P.E. Projector augmented-wave method / P.E. Blöchl // Physical Review B. − 1994. − V. 50. − I. 24. − P. 17953-17979. DOI: 10.1103/PhysRevB.50.17953.
12. Perdew, J.P. Generalized gradient approximation made simple / J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Physical Review Letters. – 1996. – V. 77. – I. 18. – P. 3865-3868. DOI: 10.1103/physrevlett.77.3865.
13. Monkhorst, H.J. Special points for Brillouin-zone integrations / H.J. Monkhorst, J.D. Pack // Physical Review B. −1976. − V. 13. − I. 12. − P. 5188-5192. DOI: 10.1103/PhysRevB.13.5188.