Вышедшие номера
Влияние деформации на оптические и оптоэлектронные свойства квази-2D ван-дер-ваальсовых гетероструктур на основе борофена
Российский научный фонд, 21-72-00082
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, государственное задание, FSRR-2023-0008
Слепченков М.М. 1, Колосов Д.А. 1, Глухова О.Е. 1,2
1Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Саратов, Россия
2 Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова, Москва, Россия
Email: slepchenkovm@mail.ru, demkol.93@mail.ru, glukhovaoe@info.sgu.ru
Поступила в редакцию: 13 января 2025 г.
В окончательной редакции: 20 января 2025 г.
Принята к печати: 7 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 1 июля 2025 г.

Методами ab initio проведен прогностический анализ влияния деформации растяжения/сжатия на оптические и оптоэлектронные свойства ван-дер-ваальсовых квази-2D гетероструктур, образованных гофрированным борофеном с треугольной кристаллической решеткой и графеноподобными нитридом галлия GaN и оксидом цинка ZnO. Подробно рассматриваются случаи деформации, приводящие к появлению энергетической щели в электронном строении исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур: одноосное сжатие на 14 % и двухосное сжатие на 4 % в случае гетероструктуры борофен/GaN и одноосное растяжение на 10 % и двухоосное сжатие на 6 % в случае гетероструктуры борофен/ZnO. Показано, что при одноосных деформациях спектры поглощения обеих гетероструктур наиболее заметно изменяются в области ИК диапазона, демонстрируя увеличение коэффициента поглощения в несколько раз по сравнению с его значениями в отсутствие деформаций. Наибольшей величиной поглощения в ИК диапазоне характеризуется гетероструктура борофен/GaN при одноосном сжатии на 14 %. В случае двухосных деформаций для гетероструктуры борофен/GaN также характерно увеличение коэффициента поглощения в ИК диапазоне, а для гетероструктуры борофен/ZnO помимо увеличения поглощения в ИК диапазоне обнаружено увеличение пика поглощения в области диапазона видимого излучения при двухосном сжатии на 6 %. Показано, что осевая деформация растяжения/сжатия вызывает усиление генерации фототока у исследуемых гетероструктур в диапазонах ИК и видимого излучения за счет увеличения их коэффициента поглощения в указанных диапазонах длин волн. Ключевые слова: борофеновые гетероструктуры, осевое растяжение/сжатие, теория функционала плотности, спектр поглощения, фототок.
  1. K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, A.A. Firsov. Science, 306 666 (2004). DOI: 10.1126/science.110289
  2. P. Ares, K.S. Novoselov. Nano Mater. Sci., 4, 3 (2021). DOI: 10.1016/j.nanoms.2021.05.002
  3. M. Corso, W. Auwarter, M. Muntwiler, A. Tamai, T. Greber, J. Osterwalder. Science, 303, 217 (2004). DOI: 10.1126/science.10919
  4. L. Li, Y. Yu, G.J. Ye, Q. Ge, X. Ou, H. Wu, D. Feng, X.H. Chen, Y. Zhang. Nat. Nanotechnol., 9, 372 (2014). DOI: 10.1038/nnano.2014.35
  5. L. Tao, E. Cinquanta, D. Chiappe, C. Grazianetti, M. Fanciulli, M. Dubey, A. Molle, D. Akinwande. Nat. Nanotechnol., 10, 227 (2015). DOI: 10.1038/nnano.2014.325
  6. F.F. Zhu, W.J. Chen, Y. Xu, C.L. Gao, D.D. Guan, C.H. Liu, D. Qian, S.C. Zhang, J.F. Jia. Nat Mater., 14, 1020 (2015). DOI: 10.1038/nmat4384
  7. M. Davila, L. Xian, S. Cahangirov, A. Rubio, G. Le Lay. New J. Phys., 16, 095002 (2014). DOI: 10.1088/1367-2630/16/9/095002
  8. S. Manzeli, D. Ovchinnikov, D. Pasquier, O.V. Yazyev, A. Kis. Nat. Rev. Mater., 2, 17033 (2017). DOI: 10.1038/natrevmats.2017.33
  9. M.M. Uddin, M.H. Kabir, M.A. Ali, M.M. Hossain, M.U. Khandaker, S. Mandal, A. Arifutzzaman, D. Jana. RSC Adv., 13, 33336 (2023). DOI: 10.1039/d3ra04456d
  10. Y.V. Kaneti, D.P. Benu, X. Xu, B. Yuliarto, Y. Yamauchi, D. Golberg. Chem. Rev., 122, 1000 (2021). DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00233
  11. C. Hou, G. Tai, Z. Wu, J. Hao. Chempluschem., 85, 2186 (2020). DOI: 10.1002/cplu.202000550
  12. K. Wang, S. Choyal, J.F. Schultz, J. McKenzie, L. Li, X. Liu, N. Jiang. Chempluschem., 89, e202400333 (2024). DOI: 10.1002/cplu.202400333
  13. P. Ranjan, J.M. Lee, P. Kumar, A. Vinu. Adv. Mater., 32, 2000531 (2020). DOI: 10.1002/adma.202000531
  14. G.H. Gupta, S. Kadakia, D. Agiwal, T. Kesharia, S. Kumar. Mater. Adv., 5, 1803 (2024). DOI: 10.1039/D3MA00829K
  15. P. Kumar, G. Singh, R. Bahadur, Z. Li, X. Zhang, C.I. Sathish, M.R. Benzigar, T.K.A. Tran, N.T. Padmanabhan, S. Radhakrishnan, J.C. Janardhanan, C.A. Biji, A.J. Mathews, H. John, E. Tavakko, A. Vinu. Prog. Mater. Sci., 146, 101331 (2024). DOI: 10.1016/j.pmatsci.2024.101331
  16. Z. Luo, X. Fan, Y. An. Nanoscale Res. Lett., 12, 514 (2017). DOI: 10.1186/s11671-017-2282-7
  17. X.B. Li, S.Y. Xie, H. Zheng, W.Q. Tian, H.B. Sun. Nanoscale, 7, 18863 (2015). DOI: 10.1039/c5nr04359j
  18. K.C. Lau, R. Pati, R. Pandey, A.C. Pineda. Chem. Phys. Lett., 418, 549 (2006). DOI: https://doi.org/10.1016/j.cplett.2005.10.104
  19. X. Wu, J. Dai, Y. Zhao, Z. Zhuo, J. Yang, X.C. Zeng. ACS Nano, 6, 7443 (2012). DOI: 10.1021/nn302696v
  20. D. Li, J. Gao, P. Cheng, J. He, Y. Yin, Y. Hu, L. Chen, Y. Cheng, J. Zhao. Adv. Funct. Mater., 30, 1904349 (2019). DOI: 10.1002/adfm.201904349
  21. A. Horri, R. Faez. Micro Nano Lett., 14, 992 (2019). DOI: 10.1049/mnl.2019.0023
  22. A.J. Mannix, X.-F. Zhou, B. Kiraly, J.D. Wood, D. Alducin, B.D. Myers, X. Liu, B.L. Fisher, U. Santiago, J.R. Guest, M.J. Yacaman, A. Ponce, A.R. Oganov, M.C. Hersam, N.P. Guisinger. Science, 350, 1513 (2015). DOI: 10.1126/science.aad1080
  23. H. Sun, Q. Li, X.G. Wan. J. Am. Chem. Soc., 18, 14927 (2016). DOI: 10.1039/C6CP02029A
  24. R. Yanga, M. Sun. J. Mater. Chem. C, 11, 6834 (2023). DOI: 10.1039/D3TC00974B
  25. S. Wang, Q. Li, K. Hu, Q. Liu, X. Liu, X. Kong. Compos --- A: Appl. Sci. Manuf., 138, 106033 (2020). DOI: 10.1016/j.compositesa.2020.106033
  26. C. Hou, T. Ga, B. Liu, Z. Wu, Y. Yin. Nano Res., 14, 2337 (2021). DOI: 10.1007/s12274-020-3232-8
  27. J. Yu, M. Zhou, M. Yang, Y. Zhang, B. Xu, X. Li, H. Tao. Adv. Mater. Interfaces, 9, 2102088 (2022). DOI: 10.1002/admi.202102088
  28. J. Shen, Z. Yang, Y. Wang, L.C. Xu, R. Liu, X. Liu. Appl. Surf. Sci., 504, 144412 (2020). DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.144412
  29. C. Hou, G. Tai, Y. Liu, Z. Wu, Z. Wua, X. Liang. J. Mater. Chem. A, 9, 13100 (2021). DOI: 10.1039/D1TA01940F
  30. J.W. Jiang, X.C. Wang, Y. Song, W.B. Mi. Appl. Surf. Sci., 440, 42 (2018). DOI: 10.1016/j.apsusc.2018.01.140
  31. N. Katoch, A. Kumar, R. Sharma, P.K. Ahluwalia, J. Kumar. Phys. E: Low-Dimens. Syst. Nanostructures, 120, 113842 (2020). DOI: 10.1016/j.physe.2019.113842
  32. S. Jing, W. Chen, J. Pan, W. Li, B. Bian, B. Liao, G. Wang. Mater. Sci. Semicond. Process., 146, 106673 (2022). DOI: 10.1016/j.mssp.2022.106673
  33. M.M. Slepchenkov, D.A. Kolosov, O.E. Glukhova. Materials, 15, 4084 (2022). DOI: 10.3390/ma15124084
  34. J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. Garci a, J. Junquera, P. Ordejon, D. Sanchez-Portal. J. Phys.: Condens. Matt., 14, 2745 (2002). DOI: 10.1088/0953-8984/14/11/302
  35. J.P. Perdew, J.A. Chevary, S.H. Vosko, K.A. Jackson, M.R. Pederson, D.J. Singh, C. Fiolhais. Phys. Rev. B, 46, 6671 (1992). DOI: 10.1103/PhysRevB.46.6671
  36. S. Grimme. J. Comput. Chem., 27, 1787 (2006). DOI: 10.1002/jcc.20495
  37. P. Pulay. Chem. Phys. Lett., 73, 393 (1980). DOI: 10.1016/0009-2614(80)80396-4
  38. H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Phys. Rev. B, 13, 5188 (1976). DOI: 10.1103/PhysRevB.13.5188
  39. E.N. Economou. Green's Functions in Quantum Physics, 3rd ed. (Springer, Berlin, 1983), pp. 55-75. DOI: 10.1007/3-540-28841-4_4
  40. М.М. Слепченков, Д.А. Колосов, О.Е. Глухова. ЖТФ, 94 (3), 419 (2024). DOI: 10.61011/JTF.2024.03.57380.7-24 [M.M. Slepchenkov, D.A. Kolosov, O.E. Glukhova. Technical Physics, 69 (3), 397 (2024). DOI: 10.21883/0000000000]
  41. М.М. Слепченков, Д.А. Колосов, О.Е. Глухова. Опт. и спектр., 131 (6), 754 (2023). DOI: 10.21883/OS.2023.06.55909.115-23 [M.M. Slepchenkov, D.A. Kolosov, O.E. Glukhova. Opt. Spectrosс., 131 (6), 712 (2023). DOI: 10.61011/EOS.2023.06.56658.115-23]
  42. National Renewable Energy Laboratory (NREL). [Электронный ресурс]. URL: https://www.nrel.gov/.

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.