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.
1,21Саратовский 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.
- 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
- P. Ares, K.S. Novoselov. Nano Mater. Sci., 4, 3 (2021). DOI: 10.1016/j.nanoms.2021.05.002
- M. Corso, W. Auwarter, M. Muntwiler, A. Tamai, T. Greber, J. Osterwalder. Science, 303, 217 (2004). DOI: 10.1126/science.10919
- 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
- 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
- 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
- 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
- S. Manzeli, D. Ovchinnikov, D. Pasquier, O.V. Yazyev, A. Kis. Nat. Rev. Mater., 2, 17033 (2017). DOI: 10.1038/natrevmats.2017.33
- 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
- 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
- C. Hou, G. Tai, Z. Wu, J. Hao. Chempluschem., 85, 2186 (2020). DOI: 10.1002/cplu.202000550
- K. Wang, S. Choyal, J.F. Schultz, J. McKenzie, L. Li, X. Liu, N. Jiang. Chempluschem., 89, e202400333 (2024). DOI: 10.1002/cplu.202400333
- P. Ranjan, J.M. Lee, P. Kumar, A. Vinu. Adv. Mater., 32, 2000531 (2020). DOI: 10.1002/adma.202000531
- G.H. Gupta, S. Kadakia, D. Agiwal, T. Kesharia, S. Kumar. Mater. Adv., 5, 1803 (2024). DOI: 10.1039/D3MA00829K
- 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
- Z. Luo, X. Fan, Y. An. Nanoscale Res. Lett., 12, 514 (2017). DOI: 10.1186/s11671-017-2282-7
- X.B. Li, S.Y. Xie, H. Zheng, W.Q. Tian, H.B. Sun. Nanoscale, 7, 18863 (2015). DOI: 10.1039/c5nr04359j
- 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
- X. Wu, J. Dai, Y. Zhao, Z. Zhuo, J. Yang, X.C. Zeng. ACS Nano, 6, 7443 (2012). DOI: 10.1021/nn302696v
- 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
- A. Horri, R. Faez. Micro Nano Lett., 14, 992 (2019). DOI: 10.1049/mnl.2019.0023
- 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
- H. Sun, Q. Li, X.G. Wan. J. Am. Chem. Soc., 18, 14927 (2016). DOI: 10.1039/C6CP02029A
- R. Yanga, M. Sun. J. Mater. Chem. C, 11, 6834 (2023). DOI: 10.1039/D3TC00974B
- 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
- C. Hou, T. Ga, B. Liu, Z. Wu, Y. Yin. Nano Res., 14, 2337 (2021). DOI: 10.1007/s12274-020-3232-8
- 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
- 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
- C. Hou, G. Tai, Y. Liu, Z. Wu, Z. Wua, X. Liang. J. Mater. Chem. A, 9, 13100 (2021). DOI: 10.1039/D1TA01940F
- 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
- 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
- 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
- M.M. Slepchenkov, D.A. Kolosov, O.E. Glukhova. Materials, 15, 4084 (2022). DOI: 10.3390/ma15124084
- 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
- 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
- S. Grimme. J. Comput. Chem., 27, 1787 (2006). DOI: 10.1002/jcc.20495
- P. Pulay. Chem. Phys. Lett., 73, 393 (1980). DOI: 10.1016/0009-2614(80)80396-4
- H.J. Monkhorst, J.D. Pack. Phys. Rev. B, 13, 5188 (1976). DOI: 10.1103/PhysRevB.13.5188
- 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
- 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]
- 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]
- 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.