Структурные разновидности 2D нитрида бора
Д.С. Ряшенцев, М.Е. Беленков, Л.Ю. Коваленко
ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.971
Оригинальная статья
Аннотация: Методом теории функционала плотности была произведена геометрическая оптимизация слоевых полиморфных разновидностей нитрида бора в которых атомы находятся в трех различных структурных позициях и определены их энергетические и электронные свойства. Структуры новых полиморфов состоят из атомов бора и азота в sp2-гибридизованном состоянии и были модельно сформированы из гексагонального нитрида бора путем введения топологических дефектов 4-6-8, 4-6-10, 4-8-10, 4-16 и 4-6-12. В результате анализа установлена возможность существования девяти новых структурных разновидностей. Однако, в процессе геометрической оптимизации три структуры оказались неустойчивыми и в результате трансформировались в более устойчивые полиморфные разновидности BN-L4-8 и BN-L4-6-8. Слоевая плотность рассмотренных полиморфных разновидностей изменяется от 0,651 до 0,727 г/см2. Значения энергии сублимации новых структур находятся в диапазоне от 16,93 до 17,69 эВ / (BN). Ширина запрещенной зоны варьируется от 3,20 до 4,03 эВ. Определены взаимосвязи между энергетическими и структурными параметрами.
Ключевые слова: нитрид бора, двумерные материалы, полиморфизм, первопринципные расчеты, кристаллическая структура, зонная структура
- Ряшенцев Дмитрий Сергеевич – к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры химии твердого тела и нанопроцессов, химический факультет, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
- Беленков Максим Евгеньевич – к.ф.-м.н., старший преподаватель кафедры радиофизики и электроники, физический факультет, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
- Коваленко Лилия Юрьевна – к.х.н., доцент кафедры химии твердого тела и нанопроцессов, химический факультет, ФГБОУ ВО «Челябинский государственный университет»
Ссылка на статью:
Ряшенцев, Д.С. Структурные разновидности 2D нитрида бора / Д.С. Ряшенцев, М.Е. Беленков, Л.Ю. Коваленко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 971-980. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.971.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Zhu, J. Interpolation of atomically thin hexagonal boron nitride and graphene: electronic structure and thermodynamic stability in terms of all-carbon conjugated paths and aromatic hexagons / J. Zhu, S. Bhandary, B. Sanyal et al. // The Journal of Physical Chemistry C. – 2011. – V. 115. – I. 20. – P. 10264-10271. DOI: 10.1021/jp2016616.
2. Mirkarimi, P.B. Review of advances in cubic boron nitride film synthesis / P.B. Mirkarimi, K.F. McCarty, D.L. Medlin // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 1997. – V. 21. – I. 2. – P. 47-100. DOI: 10.1016/S0927-796X(97)00009-0.
3. Ooi, N. Structural properties of hexagonal boron nitride / N. Ooi, V. Rajan, J. Gottlieb et al. // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. – 2006. – V. 14. – P. 515-535. DOI: 10.1088/0965-0393/14/3/012.
4. Cassabois, G. Hexagonal boron nitride is an indirect bandgap semiconductor / G. Cassabois, P. Valvin, B. Gil // Nature Photonics. – 2016. – V. 10. – I. 4. – P. 262-266. DOI: 10.1038/nphoton.2015.277.
5. Belenkov, M.E. Graphene polymorphs / M.E. Belenkov, E.A. Kochengin, V.M. Chernov, E.A. Belenkov // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1399. – Art. № 022024. – 5 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1399/2/022024.
6. Belenkov, E.A. Structure and electronic properties of crystals consisting of graphene layers L6, L4–8, L3–12, and L4–6–12 / E.A. Belenkov, A.E. Kochengin // Physics of the Solid State. – 2015. – V. 57. – I. 10. – P. 2126-2133. 10.1134/S1063783415100030.
7. Kochengin, A.E. Crystal structure of L6, L4-8, L3-12 and L4-6-12 graphene polymorphs / A.E. Kochengin, E.A. Belenkov // Materials Science Forum. – 2016. – V. 845. – P. 247–250. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.845.247.
8. Коченгин, А.Е. Новые полиморфные разновидности графена, сформированные из карбиновых цепочек / А.Е. Коченгин, Е.А. Беленков // Перспективные материалы. – 2017. – № 2. – С. 5-13.
9. 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 // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – V. 1410. – Art. № 012016. – 4 p. DOI: 10.1088/1742-6596/1410/1/012016.
10. 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. – Art. № 022060. – 4 p. DOI: 10.1088/1757-899X/537/2/022060.
11. Ряшенцев, Д.С. Новые полиморфные разновидности нитрида бора с графeноподобными структурами / Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. – 2021. – Т. 13. – Вып. 3. – С. 349-354. DOI: 10.17725/rensit.2021.13.349.
12. Ryashentsev, D.S. New structural type of layered boron nitride BN-L4-6-8e / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // AIP Conference Proceedings. – 2021. – V. 2402. – I. 1. – Art. № 020041. – 4 p. DOI: 10.1063/5.0072135.
13. Liu, S. Hysteresis-free hexagonal boron nitride encapsulated 2D semiconductor transistors, NMOS and CMOS inverters / S. Liu, K. Yuan, X. Xu et al. // Advanced Electronic Materials. – 2018. – V. 5. – I. 2. – Art. № 1800419. – 6 p. DOI: 10.1002/aelm.201800419.
14. Liu, X.T. Building functional memories and logic circuits with 2D boron nitride / X.T. Liu, J.R. Chen, Y. Wang et al. // Advanced Functional Materials. – 2020. – V. 31. – I. 4. – Art. № 2004733. – 35 p. DOI: 10.1002/adfm.202004733.