صفحه اصلی | ان آر تی سی | صفحه اصلی<

09392522438  
   EN | FA

تاثیر کرنش[1] بر خواص الکترونی نانوریبون های گرافنی

همانطور که پیشتر اشاره شد نانوریبون های آرمچیر نیمه رساناهایی با گاف نواری مستقیم هستند و به سه دسته تقسیم بندی می شوند. برای ساخت قطعات الکتریکی بر پایه ی نانوریبون های گرافنی آرمچیر، امکان مهندسی و تغییر خواص الکتریکی این مواد اهمیت بسیاری دارد. یکی از راه های تاثیرگذاری بر خواص الکتریکی اعمال کرنش خارجی بر ماده است. اینکه چگونه تغییرات ساختاری و موقعیت قرارگیری اتم ها می تواند منجر به تغییراتی در خواص الکتریکی مواد شود، یکی از زمینه های مورد علاقه ی محققین می باشد.

لیا سان[2] و همکرانش به کمک تئوری تابعی چگالی (DFT) بطور مفصل این مساله را مورد بررسی قرار دادند. برای بررسی این پدیده تغییر فرم ساختار نانوریبون های آرمچیر با اعمال کرنش که با ε نماش داده می شود بر روی ماده بررسی صورت می گیرد. این کرنش بصورت تعریف می شود که در آن r و r0 بردار شبکه های تغییر یافته و اولیه ی سیستم (Ǻr0=4.287 ) در راستای طول نانوریبون می باشند. کرنش، با اعمال این تغییر در طول بردارشبکه ی سیستم مورد نظر تعریف و مطالعه می شود. برای بررسی تغییرات پیوند های C-C در نانوریبون گرافنی Na=13 چهار پیوند انتخاب شده که در شکل-1 مشاهده می شود.

Nanoribbon band structure

شکل-1: موقعیت قرارگیری پیوندهای a1، a2، a3 و a4 در ساختار نانوریبون آرمچیر گرافنی.

کاملا واضح است که اعمال کرنش کششی منجر به افزایش خطی طول پیوند های C-C شده و بیشترین تغییر در طول پیوند a1 رخ میدهد. اما برخلاف تصور پیوند های a3 و a4 با افزایش کرنش تغییر بسیار کمی می کنند که دلیل آن نیز اثرات لبه ای می باشد (شکل-2). مطالعات انجام شده روند مشابهی را برای سایر عرض های نانوریبون های آرمچیر گرافنی نشان می دهد.

Nanoribbon band structure

شکل-2: تغییر طول پیوندهای a1، a2، a3 و a4 نسبت به افزایش کرنش.

از آنجا که نانوریبون های آرمچیر گرافنی سه دسته بندی متفاوت دارند لیا سان و همکارانش سه نانوریبون با عرض های Na=12, 13, 14 را به نمایندگی از هر یک از این دسته ها انتخاب کردند. همانگونه که در شکل-3 دیده می شود بیشترین مقدار گاف نواری محاسبه شده برای نانوریبون های Na=12, 13, 14 به ترتیب در کرنش های ε= -4.5%, 7.3%, 1.3% اتفاق می افتد. همانگونه که مشاهده می شود روند تغییر گاف نواری با افزایش کرنش روندی زیگزاگ گونه دارد و تغییراتش خطی نیست.

Nanoribbon band structure

شکل-3: تغییرات گاف نواری نانوریبون های آرمچیر با افزایش کرنش.

مطالعات انجام شده بر روی نانوریبون زیگزاگ با پهنای Nz=13 نشان می دهد که تغییرات گاف نواری در این نوع نانونوارها بسیار کمتر از مشابه آمچیر خود می باشد و با افزایش کرنش این نانوریبون ها همچنان نیمه رسانا باقی می مانند. نتایج بدست آمده برای نانوریبون Nz=13 که گاف نواری ساختار ایده آل آن 0.31 eV می باشد تحت کرنش های 0.5% و -0.5% به ترتیب 0.29 eV و 0.35 eV می باشند.

Nanoribbon band structure

شکل-4: ساختار نواری نانوریبون های زیگزاگ Nz=13 تحت کرنش های 5%، 0% و -5% .

 

Reference

L. Sun, Q. Li, H. Ren, H. Su, Q.W. Shi, J. Yang, The Journal of chemical physics, 129 (2008) 074704.

 


[1]Strain

[2]Lia Sun

منتشرشده در مقاله

By means of first-principles calculations, the mechanical properties and the strain-dependent electronic band structure of the orthorhombic SnS monolayer were investigated. In an attempt to investigate the elasticity of this material, six deformation modes were considered. The stability of this configuration against these external tensions was assessed, and the second-order elastic constants were found to be C11 = 45.2 N/m, C22 = 25.3 N/m, C12 = 18.0 N/m, and C66 = 54.3 N/m. The third- and fourth-order elastic constants, which shed light on the material behavior at strains above the harmonic region, were also determined. The stress-strain relationships imply that the SnS monolayer can withstand tensile strains up to 0.075, 0.29, and 0.12 for uniaxial strain along the a direction, uniaxial strain along the b direction, and biaxial strain, respectively. Moreover, a study of the electronic band structure of the SnS monolayer shows that this indirect band gap semiconductor when exposed to a marginal uniaxial or biaxial strain (about 2%) experiences a transition to a direct band gap semiconductor with a moderate band gap (<2.7 eV). This transition merely occurs when tensile strain is exerted. Our findings suggest that under compressive strain, this semiconducting material maintains its indirect band gap nature, and the band gap predominately declines. Lastly, the band splitting that arises from spin-orbit interactions in most cases vanishes when strain is applied. However, compressive strain along the a direction and tensile strain along the b direction are two exceptions, in which the former strengthens the spin-orbit effects and for the latter, band splitting remains almost unchanged.

 

Ref: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022369718302075

 

منتشرشده در مقالات ما

7 روز هفته، 24 ساعته پاسخگوی شما هستیم

social 16social 13social 09 social 05