First-Principles Study on the Stability and STM Image of Borophene

Abstract

Zeer recent is borofeen (atomair dun tweedimensionaal boorblad) met succes gesynthetiseerd op het Ag(111)-oppervlak door afzetting. Er zijn twee soorten structuren gevonden. De identificatie van de monolaagse boorplaten die op het metalen substraat zijn gegroeid, evenals de stabiliteit van verschillende 2D-boorplaten, is echter controversieel. Door de eerste-principeberekeningen uit te voeren, onderzoekt de huidige studie de atomaire structuur, stabiliteit en elektronische eigenschappen van de meest mogelijke boorplaten die op een metalen oppervlak zijn gegroeid, namelijk, geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ soorten kristalroosters. Ons resultaat laat zien dat alle drie vrijstaande platen thermodynamisch onstabiel zijn en allemaal van metaal zijn. Aan de andere kant geeft ons resultaat aan dat het Ag(111)-substraat deze platen stabiliseert. Bovendien reproduceren onze gesimuleerde STM-afbeeldingen van deze monoatomaire dunne boorplaten op Ag(111)-oppervlak de experimentwaarnemingen goed en identificeren ze duidelijk de als gegroeide boorplaten.

Achtergrond

Sinds de ontdekking van grafeen zijn tweedimensionale (2D) materialen een van de meest actieve nanomaterialen geworden vanwege hun unieke fysieke eigenschappen en potentiële toepassingen in de volgende generatie elektronica en energieconversie-apparaten [1,2,3,4,5, 6,7]. Onlangs is een klasse van 2D-borium-nanostructuren ontdekt die veel aandacht hebben getrokken [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Er was echter geen bewijs dat de 2D-boriumplaten tot zeer recent experimenteel konden worden gerealiseerd, zowel Mannix et al. [22] en Feng et al. [23] maakte spectaculaire vorderingen bij het experimenteel realiseren van de atomaire dunne 2D-boriumplaten. Het uitgebreide 2D-boriumblad wordt "borofeen" genoemd, naar analogie met grafeen.

Gedurende de laatste twee decennia zijn er talrijke 2D boor nanostructuren ontdekt [8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. Naast de zeshoekige plaat en de driehoekige plaat [20, 21], evenals de geknikte driehoekige platen [8], andere 2D boorplaten met zeshoekige gaten, zoals de α -blad [9, 18], β -blad [9, 18], γ -sheet [19], en g1/8 en g2/15 sheets [15], werden onderzocht door de ab initio berekeningen. Er werd gesuggereerd dat het driehoekige vlakke boorrooster met hexagonale vacatures stabieler is [9]. En een verscheidenheid aan dergelijke driehoekige boorlagen met verschillende patronen van hexagonale gaten werden gerapporteerd door zowel de computationele als experimentele onderzoeksgroepen [11, 13,14,15,16]. Al deze monoatomaire dunne boorlagen hebben echter een hogere energie dan de driedimensionale (3D) bulktoestand van boor, wat betekent dat de 2D-structuur van boor thermodynamisch benadeeld wordt. Een voldoende "plakkerig" substraat is dus nodig om de 3D-kiemvormingsbarrière te onderdrukken om de atomen in de 2D-route te lokken.

Onlangs is de vorming van boorplaten op metaal en metaalboridesubstraten onderzocht door eerste-principeberekeningen [24]; het suggereert dat de boorplaten kunnen worden gekweekt op het Ag(111)- en Au(111)-oppervlak. Bovendien levert de studie van Piazza et al. [14] experimenteel bewijs dat de monolaagse boorplaten haalbaar zijn op basis van hun waarnemingen van B₃₆ TROS; het bleek een zeer stabiele vlakke cluster te zijn met een centraal hexagonaal gat [14]. Meer recent hebben twee groepen [22, 23] met succes de atomaire dunne, kristallijne 2D-boorplaten op een zilveren oppervlak gesynthetiseerd door een zuivere boorbron rechtstreeks te verdampen via moleculaire bundelepitaxie.

Mannix et al. [22] vond twee verschillende fasen van het boorblad op een zilversubstraat met behulp van hoge resolutie scanning tunneling microscopie (STM) karakterisering:een gestreepte fase en een homogene fase. Feng et al. [23] vonden ook twee fasen van boorplaat, die veel lijken op die gerapporteerd in het rapport van Mannix et al., en ze beschreven de homogene fase met zigzagrijen van uitsteeksels als χ₃ rooster van boorblad. Aan de andere kant zijn hun interpretaties voor de streepfase heel anders. Mannix et al. [22] kende de gestreepte fase toe als een geknikt driehoekig rooster zonder leegstand. Maar Feng et al. [23] stelde voor dat de streepfase het rechthoekige rooster is met parallelle rijen zeshoekige gaten, dat bekend stond als de β₁₂ blad.

De exacte configuraties en eigenschappen, evenals de toepassingen van deze 2D-boriumplaten, hebben enorme aandacht getrokken [19, 22, 24, 25]. Er werd gemeld dat het geknikte driehoekige borofeen een zeer anisotroop metaal is met een hoge Young-modulus langs de fauteuilrichting die die van grafeen overschrijdt [22]. Zon et al. vond ook dat de thermische geleidbaarheid van het rooster van het geknikte driehoekige borofeen sterk anisotroop is [26]. Bovendien, Gao et al. meldde dat de β₁₂ borofeen en χ₃ borofeen kan naast MgB₂ een andere supergeleidende fase van boor zijn dunne film [27]. De thermodynamische stabiliteit van β₁₂ borofeen en χ₃ borofeen is controversieel [27, 28]. Volgens de studie van Gao et al. zijn zowel β₁₂ borofeen en χ₃ borofeen zijn stabiel [27]. Maar Penev et al. meldde dat zowel β₁₂ borofeen en χ₃ borofeen heeft denkbeeldige frequenties nabij het G-punt in hun fononspectrum [28].

Om het experimenteel haalbare borofeen beter te begrijpen, hebben we systematisch de mogelijke atomaire structuren en hun stabiliteit onderzocht, evenals de elektronische eigenschappen door het uitvoeren van de eerste-principeberekeningen. Onze resultaten geven aan dat β₁₂ en χ₃ platen zijn thermodynamisch onstabiel. Bovendien zijn de configuraties van geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ vellen vertonen allemaal een metalen functie. Bovendien hebben we de STM-afbeeldingen gesimuleerd voor de vrijstaande en epitaxiale monolaag van boor op het Ag(111)-oppervlak; we vonden verbogen driehoekige en β₁₂ boorplaten op Ag(111)-oppervlak zien er beide uit als streepfasen, maar met weinig verschil.

Berekeningsmethoden

De berekeningen worden uitgevoerd met behulp van het Vienna ab-initio simulatiepakket (VASP) op basis van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) [29, 30]. De projector-augmented-wave-methode werd toegepast voor de berekeningen van elektron-ion-interacties [31, 32]. En de elektronische uitwisseling-correlatie-interacties werden beschreven door de gegeneraliseerde gradiëntbenadering (GGA) met behulp van de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) functionele [33]. Golffuncties werden uitgebreid in een vlakke golfbasis met een energiegrens van 500 eV. De eerste Brillion-zone werd bemonsterd met 25 × 15 × 1, 15 × 9 × 1 en 11 × 11 × 1 k-mesh voor de geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ fasen van borofeen, respectievelijk. Om de 2D-boriumplaten te simuleren, is een vacuümruimte van ten minste 20 Å opgenomen langs de Z-richting om de interactie tussen de periodieke afbeeldingen te minimaliseren. Het convergentiecriterium is ingesteld op 10⁻⁵ eV tussen twee ionische stappen voor het zelfconsistentieproces. Alle structuren waren volledig ontspannen totdat de kracht op elk atoom minder was dan 0,02 eV Å⁻¹ , en de onderste twee lagen zilveratomen werden gefixeerd. Fonon-dispersiespectra zijn berekend met behulp van de eindige verplaatsingsmethode zoals geïmplementeerd in het PHONOPY-pakket [34].

De STM-afbeeldingen werden gesimuleerd met behulp van de Tersoff-Hamann-formule en de extensie ervan [35]. In het kort, ervan uitgaande dat de toestandsdichtheid van de punt constant is, kunnen we de STM-tunnelstroom benaderen met de lokale toestandsdichtheid, $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $, als de enige variabele met de volgende uitdrukking:

$$ I(V)\propto {\int}_{E_{\mathrm{F}}}^{E_{\mathrm{F}}+ eV}\rho \left(\overrightarrow{r},E\right ) dE $$ $$ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right)=\sum_i\left|{\psi}_i{\left(\overrightarrow{r}\right)}^2\right| \delta \links(E-{E}_i\rechts) $$

waarbij $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $ de LDOS op het monsteroppervlak is, $ {\psi}_i\left(\overrightarrow{r}\right) $is de voorbeeldgolffunctie met energie E _ik , en E _F is de Fermi-energie. Wanneer de toestanden in $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $ zijn ingevuld, is het ook gebruikelijk om te verwijzen naar $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $ als de ladingsdichtheid van de toestanden. De gesimuleerde STM-afbeeldingen zijn verkregen met behulp van de constante stroommodus op basis van berekende elektronendichtheden.

Resultaten en discussie

Figuur 1 toont onze berekende resultaten voor de geknikte driehoek, β₁₂ , en χ₃ roosterstructuren van borofeen. In tegenstelling tot de één-atoom dunne en vlakke hexagonale configuratie van grafeen, vertoont geknikt driehoekig borofeen knik langs één roosterrichting. Aan de andere kant zijn de structuren van β₁₂ en χ₃ borofenen zijn vlak zonder uit het vlak knikken. Figuur 1a laat zien dat er twee booratomen zijn in de eenheidscel van geknikt driehoekig borofeen. En de ruimtegroep van geknikt driehoekig borofeen is Pmmn. Onze geoptimaliseerde roosterconstanten zijn a = 1.613 Å en b = 2.866 , komt goed overeen met eerdere theoretische en experimentele resultaten [22]. De β₁₂ borofeen getoond in figuur 1b heeft gevulde en lege zeshoeken langs de zigzagrichting; de corresponderende ruimtegroep is P2mm. Er zijn vijf booratomen in de eenheidscel. De roosterconstanten zijn 2,916 en 5,075 langs de a en b routebeschrijving. De eenheidscel van χ₃ borofeen is ruitvormig, met vier booratomen en de roosterconstante van 4,448 Å. De ruimtegroep is C2mm. Tabel 1 geeft een overzicht van onze berekeningsresultaten op de roosterconstanten, die goed overeenkomen met eerdere resultaten [22, 23, 27, 36].

Boven- en zijaanzichten van verbogen driehoekige (a ), β₁₂ (b ), en χ₃ (c ) boorplaten. De groene bolletjes stellen de booratomen voor. De rechthoeken en ruiten omsloten door ononderbroken zwarte lijnen duiden de eenheidscellen aan. De letters a en b vertegenwoordigen de roosterparameter

Zoals getoond in Fig. 1 zijn er vacatures in beide β₁₂ en χ₃ vellen, maar niet in het verbogen driehoekige rooster en het aantal vacatures in β₁₂ en χ₃ borofeen is anders. De leegstandsconcentratie η wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het aantal vacaturesites en het totaal aantal locaties (inclusief leegstand) in de eenheidscel; het is een hoeveelheid die de boorplaten beschrijft vanuit globaal en lokaal gezichtspunt [9]. η is 1/6 in β₁₂ rooster en 1/5 in χ₃ rooster. Vergeleken met de β₁₂ rooster, Fig. 1c laat zien dat de aangrenzende vacaturerijen in χ₃ borofeen worden verschoven met de helft van de roosterconstante in zigzagrichting, wat resulteert in een vlak van C2mm-symmetrie.

We berekenen de gemiddelde energie van elk booratoom met behulp van de volgende vergelijking voor de drie structuren en gebruiken deze om de relatieve stabiliteit van de drie structuren te vergelijken; deze methode is toegepast in Ref. [23]

$$ {E}_{\mathrm{FB}}={E}_{\mathrm{borophene}}/n $$

waar E _borofeen en n zijn respectievelijk de energie en het aantal booratomen in één eenheidscel. Onze berekende resultaten zijn samengevat in Tabel 2. Het geeft aan dat de β₁₂ fase is het meest stabiel, terwijl de χ₃ fase is het minst stabiel met een relatief hogere energie van 0,08 eV.

Vervolgens hebben we het fonon-dispersiespectrum berekend voor de drie fasen van geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ borofeen. Figuur 2 toont de fonon-dispersiespectra langs de hoge symmetrierichtingen. Zoals getoond in figuur 2a, zijn er drie akoestische en drie optische fonon-takken voor het geknikte driehoekige borofeen. Het toont ook denkbeeldige waarden nabij het G-punt langs de X-G-richting, wat aangeeft dat het rooster onstabiel is langs de a richting, wat de streep verklaart die is gevormd langs de a richting in de experimentele STM-afbeeldingen [23]. In feite hebben recente studies gesuggereerd dat de biaxiale treksterkte en uniaxiale treksterkte het vrijstaande geknikte driehoekige borofeen niet kunnen stabiliseren, zelfs niet onder de trekspanning van 0,08% [36, 37]. Figuur 2b, c laat zien dat er ook denkbeeldige frequenties zijn nabij het G-punt van β₁₂ en χ₃ fasen. Onze resultaten laten zien dat alle drie de fasen van geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ zijn onstabiel.

De fonon-dispersie van de a verbogen driehoekig, b β₁₂ , en c χ₃ boor platen. De hoge symmetriepunten worden weergegeven in de linkerhoek

We bestudeerden verder de elektronische structuren van geknikt driehoekig borofeen, β₁₂ borofeen, en χ₃ borofeen. De berekende bandstructuren langs de richtingen met hoge symmetrie worden getoond in Fig. 3. Zoals getoond in Fig. 3, alle drie fasen van geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ borofenen zijn metaalachtig. In het bijzonder, voor het geknikte driehoekige borofeen zoals getoond in Fig. 3a, kruisen drie energiebanden het Fermi-niveau:één in de S-Y-richting en de andere twee in de G-X-richting. We hebben echter in de bovenstaande secties vermeld dat de geknikte driehoek knikt langs de b richting, die een bandgap van 9,63 en 4,32 eV opent langs respectievelijk de X-S- en Y-G-richtingen. Het geeft aan dat het geknikte driehoekige borofeen zich gedraagt als een metaal met sterke anisotropie en dat de elektrische geleidbaarheid beperkt is langs de niet-gegolfde a richting.

Berekende bandstructuren voor a verbogen driehoekig, b β₁₂ , en c χ₃ boor platen. De Fermi-energie werd op nul gezet. De punten met hoge symmetrie worden weergegeven in de linkerhoek

Daarnaast bestudeerden we de atomaire structuren en stabiliteit van de geknikte driehoekige, β₁₂ , en χ₃ boorplaten op het Ag(111)-substraat. De resultaten worden getoond in Fig. 4. De eenheidscel van geknikt driehoekig borofeen op het Ag(111)-oppervlak is de (1 × 3) supercel van vrijstaande geknikte driehoekige borofeen en de rechthoekige 1 × (√3) R30 ° supercel van de Ag (111) substraat. Voor de configuratie van β₁₂ blad op het Ag(111)-oppervlak, de eenheidscel is de eenheidscel van β₁₂ borofeen en 1 × (√3) R30 ° supercel van het Ag (111) oppervlak. Onze berekeningen laten zien dat de β₁₂ borofeen komt beter overeen met Ag(111)-oppervlak (~ 1% mismatch) dan het geknikte driehoekige borofeen (~ 3% mismatch). De χ₃ borofeen vormt twee configuraties op het Ag(111)-oppervlak, zoals weergegeven in Fig. 4c, d, die worden genoemd als χ₃ en χ₃ ’. De eenheidscel van χ₃ is ruit met roosterconstante van a = 8,67 Å, en de eenheidscel van χ₃ ’ is orthorhombisch met roosterparameters van a = 2,89 Å en b =25.02 Å; het is de 1 × (5√3) R30° supercel van het Ag(111)-oppervlak.

Boven- en zijaanzichten van boorplaten op Ag (111) oppervlak. een Driehoekige gesp, b β₁₂ , c χ₃ , en d χ₃ ’ boorblad. De groene en grijze ballen vertegenwoordigen respectievelijk boor- en zilveratomen. De rechthoeken en ruiten omsloten door ononderbroken zwarte lijnen geven de eenheidscellen van boorplaten op het Ag(111)-oppervlak aan

Volgens onze berekeningen zijn de verticale afstanden van het Ag (111)-oppervlak tot de onderste en bovenste booratoomlagen van het geknikte driehoekige borofeen respectievelijk 2,5 en 3,3 A, wat wijst op de zwakke interactie tussen de boorplaat en het Ag-substraat. De β₁₂ , χ₃ , en χ₃ '-platen blijven allemaal vlak op het Ag (111)-oppervlak en de verticale afstanden tussen de boorplaat en het Ag-oppervlak zijn 2,4 ~ 2,9 . De resultaten komen overeen met de gemeten dikte van ~-2,7 tot 3,1 Å gerapporteerd door Mannix et al. [22]. We vergeleken de atomaire structuren van geknikte driehoekige, β₁₂ , χ₃ , en χ₃ ’ fasen van borofeen op Ag-substraat met de tegenhangers van het vrijstaande borofeen en ontdekten dat deze vier structuren weinig veranderen. De knikhoogte h van geknikt driehoekig borofeen is korter van 0,910 tot 0,857 , en de BB-lengtes zijn langer ongeveer 0,1 . Bovendien zijn de zeshoekige vacatures in de β₁₂ borofeen krimpt in een richting, en die in χ₃ borofeen wordt iets groter.

Net als bij de berekening voor de relatieve stabiliteit van het vrijstaande borofeen, hebben we de gemiddelde energie van elk booratoom voor de boorplaten op het Ag(111)-oppervlak verder berekend via de volgende formule:

$$ {E}_{\mathrm{EB}}=\frac{1}{n}\left({E}_{\mathrm{tot}}-{E}_{\mathrm{sub}}\right ) $$

waar E _tot is de totale energie van de boorplaat en het Ag(111)-oppervlak, E _sub is de energie van Ag-substraat, en n is het aantal booratomen in één eenheidscel. Ons resultaat laat zien dat de mogelijkheid om geknikte driehoekige, β₁₂ , χ₃ , en χ₃ ' roosters op het Ag (111) oppervlak is vergelijkbaar op basis van hun nauwe energieën. Bovendien zijn de energieën van het borofeen op het Ag(111)-oppervlak 0,1~0,2 eV per booratoom lager dan bij de vrijstaande platen. Dit betekent dat het oppervlak van Ag(111) het borofeen stabiliseert.

Figuur 5 toont onze gesimuleerde STM-afbeeldingen voor de vrijstaande en als gegroeide boorplaten op het Ag (111)-oppervlak, evenals de gedeeltelijke ladingsdichtheid voor de vrijstaande boorplaten. Zoals getoond in Fig. 5a, heeft het vrijstaande geknikte driehoekige boorblad strepen van heldere vlekken. Figuur 5d geeft aan dat de lichtpuntjes afkomstig zijn van de p_z baan van de bovenste booratomen. Figuur 5b toont rijen donkere ronde vlekken omgeven door heldere zeshoeken. Het is duidelijk dat de zeshoekige vacatures in β₁₂ rooster getoond in Fig. 1b resulteert in de donkere vlekken, terwijl de heldere zeshoeken overeenkomen met de σ banen van booratomen rond de zeshoekige gaten zoals weergegeven in figuur 5e. Zoals getoond in Fig. 5c, is de χ₃ blad toont rhomboëdra-patroon van heldere vlekken in de vorm van een halter. Deze heldere halterplekken zijn eigenlijk de p_z banen van de twee booratomen en de σ banen gevormd tussen hen.

Gesimuleerde STM-afbeeldingen van vrijstaande en epitaxiale boorplaten op Ag (111) oppervlak. Vrijstaande a driehoekig, b β₁₂ , en c χ₃ boor platen. Gedeeltelijke ladingsdichtheid van vrijstaande d driehoekig, e β₁₂ , en f χ₃ boor platen. g Geknikt driehoekig, h β₁₂ , ik χ₃ , en j χ₃ ’ boorplaat op het Ag(111)-oppervlak. De voorspanning is 1,0 V. De groene ballen vertegenwoordigen de booratomen. De rechthoeken en ruit omsloten door ononderbroken rode lijnen geven respectievelijk de eenheidscellen van vrijstaande en als gegroeide boorplaten op het Ag (111)-oppervlak aan. Experimenteel waargenomen k streepfase in Ref. [22], l streepfase in Ref. [23], en m homogene fase in Ref. [23]

De boorplaten op het Ag-substraat hebben allemaal grotere eenheidspatronen ten opzichte van de vrijstaande vanwege de mismatches tussen de eenheidscellen van borofeen en Ag(111)-oppervlak. Figuur 5g toont ons gesimuleerde STM-beeld voor geknikte driehoekige boorplaat op Ag (111) oppervlak. Het vertoont strepen van heldere vlekken in spilvorm, die zeer goed overeenkomen met experimentele waarnemingen [22]. In vergelijking met het beeld van vrijstaande geknikte driehoekige boorplaat getoond in Fig. 5a, neemt de eenheidscel van het STM-beeld van geknikte driehoekige boorplaat op het Ag (111) -oppervlak toe tot driemaal. En de vorm verandert van rond naar spindel. De STM-afbeelding van β₁₂ vel op Ag(111)-oppervlak getoond in Fig. 5h toont rijen donkere ovale vlekken omgeven door vier heldere vlekken op de vier hoeken. Anders dan het beeld van vrijstaand β₁₂ blad getoond in Fig. 5b, de heldere vlekken komen van de p_z banen van de booratomen in het centrum van zeshoeken. Zoals getoond in Fig. 5i, is de χ₃ blad heeft een rhomboëdra STM-patroon dat goed overeenkomt met de experimenteel waargenomen S2-fase [23]. De groep heldere vlekken in de rhomboëder-eenheidscel komt overeen met de σ banen en p_z banen van de hogere booratomen in de eenheidscel, terwijl de andere booratomen onzichtbaar zijn omdat ze lager zijn.

Mannix et al. [22] en Feng et al. [23] beide rapporteerden de streepfase voor 2D-boriumplaten op het Ag(111)-oppervlak op basis van hun STM-waarnemingen, en beide STM-afbeeldingen vertonen parallelle rijen uitsteeksels. De vorm van de lichtpuntjes in de twee experimentele waarnemingen is echter anders; ze zijn spindel in het rapport van Mannix et al. [22] en ovaal in het rapport van Feng et al. [23]. Onze gesimuleerde STM-afbeeldingen van verbogen driehoekige en β₁₂ boorplaten komen zeer goed overeen met de experimenteel waargenomen streepfasen in Ref. [22] en ref. [23], en de afbeeldingen getoond in Fig. 5g, h reproduceren duidelijk het verschil tussen de experimentele waarnemingen van Mannix et al. [22] en Feng et al. [23]. Het biedt ons ook een manier om de twee roosters van geknikte driehoekige en β₁₂ te onderscheiden. . Wat betreft de STM-afbeelding van χ₃ blad op het Ag(111)-oppervlak, zoals weergegeven in Fig. 5i, komt het overeen met de experimentele waarneming [23], maar ons resultaat geeft aan dat de heldere vlekken afkomstig zijn van de booratomen aan de rand van hexagonale vacatures in plaats van de gevulde driehoekige gebied zoals aangegeven in Ref. [23].

Om de roosterstructuren van boorplaten op het Ag(111)-oppervlak verder te onderscheiden, hebben we de STM-afbeeldingen van boorplaten op Ag(111) bij verschillende voorspanningen gesimuleerd. Zoals getoond in Fig. 6, vertonen de gesimuleerde STM-afbeeldingen voor het geknikte driehoekige borofeen strepen van heldere vlekken in spilvorm bij positieve spanning. Maar bij de negatieve voorspanning van -0,4 V laten de gesimuleerde STM-afbeeldingen de lichte en donkere strepen zien, wat goed overeenkomt met het experimentresultaat [22]. Aan de andere kant, de gesimuleerde STM-afbeeldingen van β₁₂ borofeen behoudt de ovale vorm bij zowel de positieve als de negatieve voorspanning. Daarom is het waarschijnlijker dat een geknikte driehoekige structuur de juiste configuratie van de streepfase is. Wat betreft de STM-afbeelding van χ₃ borofeen, geeft Fig. 6 aan dat de heldere vlekken in alle afbeeldingen afkomstig zijn van de booratomen aan de rand van hexagonale vacatures, maar hun heldere contrast verandert als de spanning verandert van positief naar negatief. Als de voorspanning van 0,2 en -0,4 V is de helderheid van de vlekken vergelijkbaar. Bovendien zijn onze gesimuleerde STM-afbeeldingen voor de χ₃ 'configuratie lijkt op een voorspanning van 0,8 tot -1,0 V (Fig. 6). Ze tonen allemaal de heldere vlekken afkomstig van de booratomen aan de rand van hexagonale vacatures, maar alleen de hogere booratomen zijn zichtbaar en de lagere booratomen in het midden van de eenheidscel zijn onzichtbaar.

Gesimuleerde STM-afbeeldingen voor boorplaten op Ag (111). Geknikt driehoekig borofeen op Ag(111) bij a 0,8, e 0.2, ik − 0.4, en m − 1.0 V. β₁₂ borofeen op Ag(111) bij b 0,8, v 0.2, j − 0.4, en n − 1.0 V. χ₃ borofeen op Ag(111) bij c 0,8, g 0.2, k − 0.4, en o − 1.0 V. χ₃ ’ borofeen op Ag(111) bij d 0,8, u 0.2, l − 0.4, en p − 1.0 V. De groene ballen stellen de booratomen voor. De rechthoeken en ruiten omsloten door ononderbroken rode lijnen duiden de eenheidscellen aan van als gegroeide boorplaten op het Ag(111)-oppervlak

Conclusies

Samenvattend hebben we eerste-principeberekeningen uitgevoerd op de atomaire structuur, stabiliteit en elektronische eigenschappen voor de drie 2D-boriumplaten die zeer recent op het metalen oppervlak zijn gegroeid, namelijk verbogen driehoekige, β₁₂ , en χ₃ rooster. Onze berekeningen geven aan dat alle drie de boorplaten thermodynamisch onstabiel zijn zonder de ondersteuning van een metalen substraat. De bandstructuren geven aan dat de geknikte driehoekige boorplaat zich gedraagt als een metaal met sterke anisotropie en β₁₂ en χ₃ boriumplaten zijn ook van metaal zonder energiehiaten. Bovendien laten onze resultaten zien dat de energieën voor de drie soorten roosters erg dicht bij elkaar liggen en dat de roosterovereenkomst tussen de geknikte driehoekige en β₁₂ boorplaten en Ag(111)-oppervlak is vrij klein. Verder hebben we gevonden dat zowel geknikte driehoekige als β₁₂ boorplaten op de Ag (111) vormen het rechthoekige rooster en de parallelle gestreepte patronen van het STM-beeld, maar met weinig verschil. Onze resultaten bieden details om de twee roosters te onderscheiden. Het belangrijkste is dat onze gesimuleerde STM-afbeeldingen een nieuwe verklaring geven voor de experimenteel waargenomen boorplaten op het Ag(111)-oppervlak.

Afkortingen

2D:: Tweedimensionaal
3D:: Driedimensionaal
STM:: Scanning tunneling microscopie

Methode voor het meten van bewegingsparameters met meerdere vrijheidsgraden op basis van polydimethylsiloxaan kruiskoppelingsdiffractieroosters Effect van gouden nanodeeltjesdistributie in TiO2 op de optische en elektrische kenmerken van kleurstofgevoelige zonnecellen

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal