دنیای نانو

دنیای نانو

بررسی خواص ساختاری فازهای 12β و بروفن به روش ابتدا به ساکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
علی حسین محمد ظاهری 1
رضا محمد ظاهری 2
1 گروه فیزیک-دانشکده علوم-دانشگاه پیام نور
2 گروه فیزیک آموزش و پرورش همدان
چکیده
چکیده
مواد دوبعدی به دلیل محدودیت در یکی از ابعادشان (ضخامت)، دارای ویژگی‌های کوانتومی منحصر به فردی مانند هدایت الکتریکی و استحکام مکانیکی بالا، در حوزه‌های مختلف علمی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته‌اند. بوروفن که به عنوان ساختارهای دوبعدی بور شناخته می‌شوند، یکی از جدید ترین و جذاب‌ ترین مواد در دنیای نانومواد هستند. این ساختارها به دلیل خواص منحصر به فرد فیزیکی و شیمیایی خود، به ویژه در حوزه‌های الکترونیک، اسپینترونیک و انرژی، توجه بسیاری از پژوهشگران را به خود جلب کرده‌اند. بوروفن‌ها برخلاف دیگر مواد دوبعدی مانند گرافن، دارای تنوع زیادی در ساختارهای کریستالی و فازهای مختلف هستند که هر کدام از آن‌ها ویژگی‌های الکترونیکی و مکانیکی متفاوتی را به نمایش می‌گذارند. از بین فازهای مختلف، فازهای β12 و χ3 از جمله مهم‌ترین و پایدار ترین فازهای بوروفن هستند. این فازها به دلیل پایداری ساختاری، خواص الکترونیکی منحصربه‌ فرد و توانایی تنظیم خواص آن‌ها با تغییر شرایط، به عنوان کاندیداهای ایده‌آل برای کاربردهای مختلف در نانوالکترونیک و نانوفوتونیک مطرح شده‌اند. به همین دلیل در این کار خواص ساختاری این دو فاز مورد مطالعه قرار گرفته است. برای این منظور از بسته نرم‌افزار کوانتوم اسپرسو که یک مجموعه یکپارچه و منبع‌ باز از کدهای کامپیوتری که مبتنی بر تئوری تابعی چگالی است استفاده شده است.
نتایج نشان می دهند، این ساختارها خاصیت رسانایی متفاوتی دارند به این صورت که فاز 12β نیمه رسانا و رسانا است. نتایج حاصله با نتایج پژوهش دیکر محققین در تطابق خوبی است.
کلیدواژه‌ها
واژه‌های کلیدی: مواد دو بعدی '
' کوانتوم اسپرسو '
' فازهای بروفن '
' شبیه سازی کامپیوتری '
' خواص الکترونیکی
نظریه تابعی چگالی '
' چگالی حالات
ساختار نواری
موضوعات

عنوان مقاله English

ab-initio study of the structural properties of β12 and χ3 Borophene phases

نویسندگان English

Alihossein Mohammadzaheri 1
Reza mohammad Zaheri 2
1 Department of Physics - Faculty of science - Payame Noor university
2 Department of physics, Department of Education of Hammedan
چکیده English

Abstract
Two-dimensional (2D) materials, characterized by quantum confinement in one dimension (thickness), exhibit unique properties such as high electrical conductivity and mechanical strength, making them a subject of extensive research across multiple scientific disciplines. Among these materials, Borophene—a 2D allotrope of Boron—has emerged as one of the most novel and intriguing nanomaterials. Its exceptional physical and chemical properties, particularly in electronics, spintronics, and energy applications, have drawn significant research interest. Unlike other 2D materials (e.g., graphene), Borophene displays remarkable diversity in its crystalline structures and polymorphs, each exhibiting distinct electronic and mechanical behaviors. Among its many phases, the β₁₂ and χ₃ configurations are among the most stable and technologically relevant. Their structural stability, unique electronic properties, and tunable characteristics under external modifications make them ideal candidates for applications in nanoelectronics and nanophotonics.
In this study, we investigate the structural properties of these two Borophene phases using Quantum ESPRESSO, an open-source computational package based on density functional theory (DFT). Our results reveal a stark contrast in their conductive properties: the β₁₂ phase exhibits semiconducting behavior, whereas the χ₃ phase is metallic. These findings are in close agreement with prior theoretical and experimental studies.

کلیدواژه‌ها English

Keywords: Two-dimensional materials '
' quantum espresso '
' Borophene phases '
' computer simulation
' electronic properties
'
' density functional theory '
' density of states
band structure
[1] K. S., Novoselov et al. Science, 306(5696), 666-669 (2004).
[2] A. K. Geim, K. S. Novoselov, Nature materials, 6(3), 183-191 (2007).
[3] S. Z. Butler, et al. ACS nano, 7(4), 2898-2926 (2013).
[4] Y. Zhang, et al. Nature, 438(7065), 201-204 (2005).
[5] F. Schwierz, Nature nanotechnology, 5(7), 487-496 (2010).
[6] D. Akinwande, et al. Nature communications, 5, 5678 (2014).
[7] M. Chhowalla, et al. Nature chemistry, 5(4), 263-275 (2013).
[8] A. J. Mannix, et al. Nature nanotechnology, 10(11), 959-963 (2015).
[9] E. S. Penev, et al. Nano Letters, 12(5), 2441-2445 (2012).
[10] B. Feng, et al. Nature Chemistry, 8(6), 563-568 (2016).
[11] A. Lopez-Bezanilla, P. B. Littlewood, Physical Review B, 93(24), 241405 (2016).
[12] A. R. Oganov, J. Chen, C. Gatti, Y. Ma, C. W. Glass, Z. Liu, & H.-K. Mao, Ionic high-pressure form of elemental boron. Nature, 457(7231), 863-867 (2009).
[13] B. Feng, J. Zhang, Y. Liu, T. Iimori, Y. Liao, & S. Meng, Experimental realization of borophene monolayers on Cu(111). Nature Chemistry, 8(6), 563-568 (2016).
[14] Z. Zhang, Y. Yang, G. Gao, B. I. Yakobson, & Y. W. Zhang, Two-dimensional boron monolayers mediated by metal substrates: Structures, synthesis, and properties. Angewandte Chemie International Edition, 56(30), 7881-7885 (2017).
[15] Y. Gao, X. Li, & Y. Han, Theoretical studies on the stability and electronic properties of borophene. Journal of Physical Chemistry C, 121(12), 6737-6745 (2017).
[16] K. S. Novoselov, et al. Science, 306(5696), 666-669 (2004).
[17] W. Kohn, & L. J. Sham, Physical Review, 140(4A), A1133-A1138 (1965).
[18] Y. Y. Liu, E. S. Penev, B. I. Yakobson, Probing the synthesis of two-dimensional boron by first-principles computations, Angewandte Chemie International Edition, 52, 3156–3159 (2013).
[19] L. Adamska, S. Sharifzadeh, Fine-Tuning the optoelectronic properties of freestanding borophene by strain, ACS Omega, 2, 8290-8299 (2017).
[20] P. Hohenberg, W. Kohn, Phys. Rev. B, 864 (1964).
[21] W. Kohn, L. J. Sham, Phys. Rev. A, 1133 (1965).
[22] J. Perdew, et al. Gradient approximation made simple. Phys. Rev. Lett., 77, 3865−3868 (1996).
[23] M. Torrent, et al. Implementation of the Projector Augmented-Wave Method in the ABINIT Code: Application to the Study of Iron under Pressure. Comput. Mater. Sci., 42, 337−351 (2008).
[24] Y. Yuan, et al. Nature of the Band Gap of Halide Perovskites ABX3 (A = CH3NH3, Cs; B = Sn, Pb; X = Cl, Br, I): First-Principles Calculations. Chin. Phys. B, 24, 116302 (2015).
[25] L. Lang, et al. First-Principles Study on the Electronic and Optical Properties of Cubic ABX3 Halide Perovskites. Phys. Lett. A, 378, 290−293 (2014).
[26] P. Pulay, Convergence Acceleration of Iterative Sequences. The Case Of SCF Iteration. Chem. Phys. Lett., 73, 393−398 (1980).
[27] T. Abasi, A. Boochani, S. R. Masharian, J. Research on Many-body Systems, Volume 11, Number 2, summer (2021).
[28] A. J. Mannix, X. Zhang, et al. Synthesis of borophenes: Anisotropic, two-dimensional boron polymorphs. Science, December 18 (2015).
[29] Z. Q. Wang, T. Y. Lü, et al. Review of borophene and its potential applications, Front. Phys. 14(3), 33403 (2019).
[30] B. Feng, J. Zhang, et al. Experimental Realization of Two-Dimensional Boron Sheets, Nature Chemistry, June (2016).
دنیای نانو
دوره 21، شماره 79
تابستان 1404
صفحه 13-1

  • تاریخ دریافت 13 اسفند 1403
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1404
  • تاریخ پذیرش 08 مرداد 1404