SnxPy-monolagen:een nieuw type tweedimensionale materialen met hoge stabiliteit, dragermobiliteit en magnetische eigenschappen

Abstract

Het zoeken naar tweedimensionale (2D) groep V-materialen met ferromagnetisme, elastische anisotropie en dragermobiliteit en afstembare bandstructuur is een sleutel tot de ontwikkeling van zich voortdurend ontwikkelende nanodevices. De 2D-monolagen Sn_x P_j met x /j (1/1, 1/2, 1/3, enzovoort) coördinatiegetal worden bestudeerd op basis van de deeltjeszwermoptimalisatietechniek in combinatie met de optimalisatie van de dichtheidsfunctionaaltheorie. De thermische stabiliteit kan worden bevestigd door moleculaire dynamica bij 70K en 300K, wat aangeeft dat de nieuwe 2D-materialen een stabiel bestaan hebben. De elektronische bandstructuren van vier stabiele structuren suggereren dat alle monolagen van Sn_x P_j zijn volledig instelbare en flexibele afstembare bandgaps halfgeleiders onder de biaxiale spanning. De monolaag van P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ met unieke valentiebandstructuur kan van niet-magnetisch naar ferromagnetisch gaan door de gatendoping vanwege het "Stoner-criterium" en Pmc2₁ -SnP₂ is een direct-achtige gap halfgeleider met in-plane elastische anisotropie met een hoge elektronenmobiliteit van wel 800 cm² V⁻¹ s⁻¹ langs de k _b richting, die veel hoger is dan die van MoS₂ (∼ 200 cm² V⁻¹ s⁻¹ ). De optische absorptiepiek van het materiaal bevindt zich in het ultraviolette gebied. Deze ontdekkingen breiden de potentiële toepassingen van het opkomende gebied van 2D Sn_x . uit P_j structuren in nano-elektronica.

Inleiding

Tweedimensionale (2D) binaire verbindingen hebben de afgelopen jaren veel aandacht getrokken vanwege hun unieke eigenschappen en kunnen betrouwbare richtlijnen bieden voor potentiële toepassingen in nano-elektronica en opto-elektronische apparaten [1]. Grafeen trok bijvoorbeeld veel belangstelling sinds zijn ontdekking vanwege eigenschappen en potentiële toepassingen [2,3,4,5,6], terwijl grafeen een niet-detecteerbare kleine bandafstand heeft bij kamertemperatuur, waardoor het moeilijk te gebruiken is in opto-elektronische nano-apparaten. Deze moeilijkheden moedigden onderzoekers dus aan om op te lossen om 2D-materialen te vinden met een ideale band gap. In de volgende jaren boornitride (BN) [7], MoS₂ of andere overgangsmetaal dichalcogeniden [8,9,10,11,12,13], en overgangsmetaal trichalcogeniden [14, 15] komen uit. In de afgelopen jaren hebben grafeen en andere 2D-materialen van groep IV (siliconen, staneen en germaneen [16]) goede vooruitgang geboekt in het wetenschappelijk onderzoek. Behalve 2D-halfgeleidermaterialen die tot groep V behoren, met name fosforeen [17,18,19] en arseen [20], komen naar voren als een nieuwe generatie kanshebbers op het gebied van opto-elektronische apparaten. Fosfeen heeft brede toepassingsmogelijkheden in veldeffecttransistors, opto-elektronische apparaten, spintronica, gassensoren en zonnecellen, enzovoort, terwijl staneen, een 2D-honingraatachtige structuur, wordt beschouwd als een nieuw type materiaal met superieure fysieke eigenschappen na grafeen vanwege de sterke elektron-spin-orbitale koppeling.

Het is dringend noodzakelijk om twee soorten elementen te synthetiseren om multifunctionele nieuwe 2D-materialen te krijgen. Het is gemeld dat legering vaak wordt gebruikt om de eigenschappen van 2D-materialen te verbeteren om de toepasbaarheid ervan uit te breiden. Bijvoorbeeld 2D MoS_2x Se_{2(1 − x )} en WS_2x Se_{2(1 − x )} nanosheets [21, 22] zijn getuige van vreemde eigenschappen zoals afstembare elektronische, optische eigenschappen en in-plane Negative Poisson's Ratio met x /j (1/1, 1/2, 1/3, enzovoort) coördinatienummer. Voor een ander voorbeeld, 2D-legeringsmateriaal Si_x C_y [23], B_x C_y [24], en B_x Si_j [25] laten veel nieuwe kenmerken zien (nieuwerwetse structuur, elektronische en mechanische eigenschappen) door de eerste-principes berekening die verschillen van die van pure grondtoestand. Omdat 2D-fosforeen- en staneenmonolagen nieuwe eigenschappen hebben, werden Sn- en P-elementen samengesteld met verschillende stoichiometrieën.

In dit werk hebben we enkele structuren gebouwd met behulp van het algoritme voor deeltjeszwermoptimalisatie (PSO). Vervolgens selecteerden we de vier meest stabiele structuren van 2D Sn_x P_j monolagen met verschillende coördinatiegetallen en onderzochten de elektronische eigenschappen op basis van dichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) optimalisatie. De berekende elektronische bandstructuren suggereren dat alle stabiele of metastabiele monolagen met verschillende coördinatiegetallen halfgeleiders zijn met een indirecte bandgap. Wat nog belangrijker is, de Pmc2₁ -SnP₂ monolaag is een direct-achtige gap halfgeleider met een eindige band gap van 0,92 eV in het infrarood-lichtgebied. Maar verder, de Pmc2₁ -SnP₂ structuur is een direct-achtige gap-halfgeleider met een hoge elektronenmobiliteit van ∼ 800 cm² V⁻¹ s⁻¹ , wat veel hoger is dan die van MoS₂ (∼ 200 cm² V⁻¹ s⁻¹ ). De monolaag van P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ structuur met een unieke valentiebandstructuur kan van niet-magnetisch naar ferromagnetisch gaan door de gatendoping vanwege het "Stoner-criterium". De berekende elektronische bandstructuren suggereren dat alle monolagen van Sn_x P_j zijn halfgeleiders met flexibel afstembare bandhiaten onder de biaxiale spanning, waardoor spanningsengineering van vier structuren bandhiaten binnen bijna het hele bereik van zichtbaar licht mogelijk is.

Berekeningsmethoden

Om een grondige zoektocht naar de structurele diversiteit te garanderen, zijn verschillende x en y het selecteren van één tot zes wordt in aanmerking genomen op basis van het deeltjeszwermoptimalisatie (PSO) algoritme [26]. De resultaten van de zoekopdracht leverden de monolaagstructuren relatief stabiel op, alleen voor y /x ≧ 1.

De elektronische structuur van 2D Sn_x . bestuderen P_j monolagen met verschillende coördinatiegetallen, werden onze berekeningen uitgevoerd met behulp van de vlakke-golfdichtheidsfunctionaaltheorie (DFT) [27, 28]-methode om te realiseren in het Vienna Ab-initio Simulation Package (VASP) [29,30,31]. Via de Generalized Gradient Approximation (GGA) om de uitwisselingscorrelatie-energie te beschrijven in de vorm van Per-dew-Burke-Ernzerhof (PBE) [32,33,34,35] en het elektron-ionpotentiaal wordt beschreven door de projectie-amplificatie golfmethode [33]. De afsnijenergie van de vlakke golf werd gekozen als 500 eV energie voor Sn_x P_j systemen resp. Een voldoende dicht k-punt (9 × 9 × 1) van de reciproke ruimte werd bemonsterd in de Brillouin-zone. De vacuümruimte loodrecht op het vlak tussen aangrenzende supercellen is groter dan 25 Å, waardoor de interactie tussen replicaties wordt geëlimineerd. In de berekening van twee opeenvolgende stappen is deze ingesteld als 10⁵ eV als de energieconvergentiewaarde. Tijdens de geometrische optimalisatie zijn de atomaire krachten van alle structuren kleiner dan 0,02 eV Å⁻¹ door de geconjugeerde gradiëntmethode te gebruiken totdat de atomen hun optimale positie hebben bereikt. Daarnaast zullen we de supercel met 4 × 4 × 1 gebruiken voor ab initio moleculaire dynamische (AIMD) berekening wanneer het Nosé-algoritme [36] op 300K.

Mobiliteit van dragers wordt voornamelijk beïnvloed door akoestische zijgolfverstrooiing, optische zijgolfverstrooiing en verstrooiing van geïoniseerde onzuiverheden. Aangezien de laatste twee niet zo invloedrijk zijn als de eerste, omvat de mobiliteit die we hebben berekend de mobiliteit onder akoestische zijgolfverstrooiing. Mobiliteit heeft vooral invloed op twee prestaties van transistors:Een daarvan is dat de dragerconcentratie samen de geleidbaarheid (het omgekeerde van de soortelijke weerstand) van het halfgeleidermateriaal bepaalt. Ten tweede beïnvloedt het de werkfrequentie van het apparaat. De belangrijkste beperking van de frequentieresponskarakteristieken van bipolaire transistors is de tijd voor minderheidsdragers om het basisgebied te passeren. Mobiliteit is een belangrijke parameter om de geleidbaarheid van 2D halfgeleidermaterialen te meten. Het bepaalt de geleidbaarheid van halfgeleidermaterialen en beïnvloedt de werksnelheid van apparaten. De mobiliteit van dragers wordt dus gecontroleerd door fonondispersie en kan worden beschreven door de deformatiepotentiaal (DP) -theorie die wordt voorgesteld door Bardeen en Shockley [37]. Dus de dragermobiliteit in 2D-materialen kan worden uitgedrukt als [38, 39]

$$ {\mu}_{2D}=\frac{2e{\mathrm{\hslash}}^3{C}^{2D}}{3{k}_BT{\left|{m}^{\ast }\right|}^2{E}_1^2} $$

waar e , ℏ en k _B zijn de elektronenlading gereduceerde constante van Planck en Boltzmann, respectievelijk. En T is de temperatuur die is ingesteld op 300K. Waar m* is de effectieve massa, E ₁ is de vervormingspotentiaalconstante, en C ^2D is de stijfheid in het vlak.

Het lineaire effect van het systeem op het lichtveld onder de kleine golfvector wordt bepaald door het denkbeeldige deel van de complexe diëlektrische constante en de diëlektrische functie die kan worden berekend door

$$ \upvarepsilon \left(\omega \right)={\varepsilon}_1\left(\omega \right)+i{\varepsilon}_2\left(\omega \right) $$

waar de ε ₁ (ω ) en ε ₂ (ω ) zijn het reële deel van de functie en het denkbeeldige deel, ε ₁ (ω ) kan worden afgeleid van het denkbeeldige deel ε ₂ (ω ) de diëlektrische functie van Kramer-Kronig kan worden uitgedrukt [40]. Het denkbeeldige deel van de diëlektrische functie kan worden uitgedrukt als

$$ {\varepsilon}_2\left(\omega \right)=\frac{4{\pi}^2}{m^2-{\omega}^2}\sum \limits_{V,C}\underset {BZ}{\int }{d}^3k\frac{2}{2\pi }{\left|e\bullet {M}_{cv}\right|}^2\times \updelta \left[{ E}_C\right.(k)-{E}_V(k)-\mathrm{\hslash}\left.\omega \right] $$

Bovendien is de absorptiecoëfficiënt I (ω ) werd verkregen door

$$ I\left(\omega \right)=\sqrt{2}\omega \left[\sqrt{\varepsilon_1^2\left(\omega \right)-{\varepsilon}_2^2\left(\omega \right)}-{\varepsilon}_1\left(\omega \right)\right]1/2 $$

waar de C is de geleidingsband, de V is valentiebandtoestanden, Ω is het eenheidscelvolume, m is de massa van vrije elektronen, e is de lading van vrije elektronen, en ω is de frequentie van invallende fotonen.

Resultaten en discussie

Stabiliteit

Eerst vier 2D Sn_x P_j monolagen werden overwogen om hun energetische stabiliteit te bepalen. Formatie-energie is een energieparameter in een thermodynamisch systeem die een belangrijk punt is om de stabiliteit van het systeem te controleren. De relatieve stabiliteit van Sn_x P_j monolagen kunnen worden bevestigd door de vormingsenergie te berekenen en wordt berekend als

$$ {E}_{\mathrm{form}}=\left({E}_{\mathrm{total}}-{N}_{\mathrm{Sn}}{E}_{\mathrm{Sn} }-{N}_{\mathrm{P}}{E}_P\right)/\left({N}_{\mathrm{Sn}}+{N}_{\mathrm{p}}\right) $$

waar E is de energie van een verbinding of een samenstellend element bij een specifieke druk. N is het aantal atomen in de eenheidscel. De negatieve vormingsenergie van het berekende systeem geeft aan dat de configuratie stabiel of metastabiel is [41]. De berekende vormingsenergieën van Sn_x P_j monolagen zijn respectievelijk − 0.235, − 0.223, − 0.159 en − 0.016 eV/atoom (weergegeven in Tabel 1). Volgens de definitie duidt een kleinere waarde op een hogere stabiliteit. Uiteraard is P$ \overline{6} $m2-SnP de meest stabiele van deze vier structuren. Meer in het bijzonder is de hoge thermische stabiliteit van halfgeleidermaterialen van bijzonder belang bij de toepassing van elektronische apparaten. Hier, de thermische stabiliteit van de Sn_x P_j monolagen onderzocht met behulp van ab initio moleculaire dynamica (AIMD) simulaties. Op basis van de symmetrieën van de ruimtegroepen berekenen we gewoon de stabiliteit van P$ \overline{6} $m2-SnP voor gelijkaardige structuren P$ \overline{6} $m2-SnP en Pmc2₁ -SnP₂ en Pmc2₁ -SnP₂ voor Pmc2₁ -SnP₂ en P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ structuren. Resultaten geven aan dat de gemiddelde waarde van de totale energie van de structuur vrijwel onveranderd blijft, en de structuur blijft ongewijzigd na 1 ps, 3 ps en 5 ps, wat suggereert dat Sn_x P_j monolagen zijn thermisch stabiel (in figuur S1). Vervolgens hebben we fonon-dispersiecurven berekend en hebben we geen denkbeeldige trillingsfrequenties, wat impliceert dat structuren dynamisch stabiel zijn (in figuur S1). Er zijn in de literatuur verschillende methoden beschreven om gelaagde materialen te synthetiseren, waaronder micromechanische splitsing [2], epitaxiale groei [42], chemische dampafzetting [43] en vloeibare exfoliatie [44]. Sommige materialen met een vergelijkbare structuur werden met succes experimenteel bereid. We hebben enkele gerelateerde rapporten gevonden dat in het experiment van weinig GaSe-nanosheets een hoogwaardige fotodetector is gemaakt [45]. Bovendien is de voorbereiding, isolatie en snelle ondubbelzinnige karakterisering van ultradunne lagen van MoS₂ , GaS en GaSe afgezet op SiO₂ /Si-substraten worden gerapporteerd [46].

Zoals uitgezet in Fig. 1a, b, vertonen de structuren van P$ \overline{3} $m1-SnP een structuur vergelijkbaar met de P$ \overline{6} $m2-SnP hexagonale fase. De Pmc2₁ -SnP ₂ trigonale fase (Fig. 1c) laat zien dat de x /j samenstelling wordt verder verhoogd tot 1/2. Het materiaal van een structuur vergelijkbaar met P$ \overline{4} $2₁ m-SnP₂ werd stabiel bewezen door theoretische berekening [47]. Ook vindt een nieuwe studie de structuur van XY₂ (Fig. 1d) is een indirecte bandgap-halfgeleider en kan gevoelig zijn voor elektrisch veld en stress. We geloven dat het materiaal dat we voorspellen in de toekomst een succesvolle voorbereiding zal hebben met de ontwikkeling van technologie.

Boven- en zijaanzichten van de atomaire structuren van Sn_x P_j monolagen:a P$ \overline{6} $m2-SnP, b P$ \overline{3} $m1-SnP, c Pmc2₁ -SnP₂ , en d P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂; het Fermi-niveau (horizontale stippellijn) wordt verschoven naar 0 eV. De zwaarroze bollen vertegenwoordigen Sn-atomen en lichtroze bollen vertegenwoordigen P-atomen

Elektronische en magnetische eigenschappen

De berekende bandstructuren en partiële dichtheid van toestanden van Sn_x P_j monolagen zijn uitgezet in figuur 2. Zoals getoond in figuur 2a, is de P6̅m2-SnP een indirecte halfgeleider met een bandafstand van 1,19 eV. Het valentiebandmaximum (VBM) in Γ → K-richting wordt bijgedragen door de gehybridiseerde Sn-p- en P-p-orbitalen, terwijl het geleidingsbandminimum (CBM) op K-punt is afgeleid van de gehybridiseerde Sn-s- en P-p-orbitalen. P$ \overline{3} $m1-SnP vertoont vergelijkbare elektronische bandstructuren als de P$ \overline{6} $m2-SnP tegenhanger maar met een kleinere bandafstand van 1,21 eV. De valentiebandspreiding van P$ \overline{6} $m2-SnP en P$ \overline{3} $m1-SnP nabij het Γ-punt en Fermi-niveau (E _F ) is vrij vlak, gezien de vrij hoge toestandsdichtheid (DOS) en een van Hove-singulariteit rond de VBM. De Pmc2₁ -SnP₂ vertoont een direct-achtig gap-halfgeleidend karakter (E _g (direct) − E _g (indirect) =6 meV) met een bandafstand van 0,72 eV (zie figuur 2c). Zijn VBM wordt meestal toegeschreven aan P-p-orbitalen, terwijl zijn CBM voornamelijk wordt bijgedragen door P-p-orbitalen en Sn-s-orbitaal. De P$ \overline{4}{2}_1 $m -SnP₂ is een indirecte-gap halfgeleider met een E _g van 1,79 eV, en de banden die zijn afgeleid van is verwant aan figuur 2c. Belangrijker is dat P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ monolaag heeft een vergelijkbare conditie vergeleken met Fig. 2a, b, er ontstaat ook een flat-band dispersiekarakter rond de VBM, wat resulteert in een zeer hoge DOS en een van Hove-singulariteit.

Berekende elektronische bandstructuren en gedeeltelijke toestandsdichtheid van de VBM en CBM van Sn_x P_j monolagen:a P$ \overline{6} $m2-SnP, b P$ \overline{3} $m1-SnP, c Pmc2₁ -SnP₂ , en d P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂

Volgens het Stoner-criterium treedt spontaan ferromagnetisme op als de kinetische energie kleiner is dan de uitwisselingssplitsingsenergie, dat wil zeggen als de DOS op E _F hoog genoeg is. Figuur 2d toonde de zeer hoge DOS rond de VBM; de P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ kan aan het Stoner-criterium voldoen als het E . is _F wordt verschoven naar een positie met hoge DOS through hole doping. Zoals getoond in Fig. 3a, kan de dotering van het gat magnetische momenten introduceren bij geschikte doteringsconcentraties. Zoals verwacht suggereert het berekeningsresultaat dat de P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ kan worden omgezet in een ferromagnetische grondtoestand voorbij de kritische gatendichtheid. Onder hen is de gatdichtheid n _h kan worden uitgedrukt als n _h =m _h /S _cel , waar S _cel en m _h zijn het gebied van de primitieve cel en het aantal gaten dat in de primitieve cel is geïntroduceerd. De injectie van het gat in de monolaag P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ leidt inderdaad tot ferromagnetisme. Het magnetische moment vertoont een steile piekachtige relatie met de gatdichtheid. Omdat een aanzienlijk spinmoment wordt geïnduceerd door dotering van gaten in het systeem, is de structuur van de energieband rond het Fermi-niveau sterk veranderd als gevolg van spinsplitsing. In het bijzonder de spin-gepolariseerde bandstructuur (getoond in Fig. 3b) van P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ bij 7,2 × 10¹⁴ cm⁻² laat zien dat de monolaag een perfect halfmetaal wordt. We voorspellen dus dat de stabiele FM-toestand met halve metalliciteit kan worden gerealiseerd in de P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ monolaag.

Ferromagnetisme in P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ monolaag. (een ) Spinmomenten versus gatendichtheid n _h . b Berekende valentiebandstructuur van P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ bij n _h =7,2 × 10¹⁴ cm⁻² . De spin-up en spin-down banden worden respectievelijk in blauw en rood weergegeven. Het Fermi-niveau is ingesteld op 0 eV

Elastische anisotropie en dragermobiliteit van monolaag

De spanningseffecten op de elektronische eigenschappen van de 2D-monolagen Sn_x P_y structuren zijn ook interessant. Figuur 4a toont de variatie in energiekloof onder biaxiale spanning ε . De energiekloof van Sn_x P_j monolagen is duidelijk gemoduleerd volgens enkele regels. De energiekloof van P$ \overline{6} $m2-SnP neemt bijvoorbeeld af van 1,19 tot 0,52 eV met toenemende treksterkte tot ε =8%, eerst toenemend van 1,12 naar 1,36 eV voor ε 2%, daarna afnemend van 1,36 naar 0,51 eV. Bovendien, aangezien de a en b van de roosterparameter van de Pmc2₁ -SnP₂ structuur zijn verschillend, de veranderingen van elektronische eigenschappen zijn verschillend langs de x -as en y -as [48], zoals weergegeven in Fig. 4b. Het is duidelijk dat wanneer uniaxiale spanning in verschillende richtingen wordt uitgeoefend, de verandering in de x richting is anders dan de verandering in de y richting. Gezien het bereik van energiehiaten met de rek ε , beslaat het bereik van de afstembare bandafstand door in-plane spanning bijna het hele gebied van zichtbaar licht op basis van de eerste-principes-berekening.

Spanningsafhankelijke elektronische eigenschappen van structuren:(1) P$ \overline{6} $m2-SnP, (2) P$ \overline{3} $m1-SnP, (3) Pmc2₁ -SnP₂ , en (4) P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ . b Uniaxiale spanningsafhankelijke elektronische eigenschappen van Pmc2₁ -SnP₂ . c Energie van de Pmc2₁ -SnP₂ monolaag versus uniaxiale kleuring

Daarnaast hebben we ook het effect van uniaxiale spanning onderzocht, zoals weergegeven in figuur 4c. De stijfheid in het vlak C ^2D (C ^2D =[∂² E /∂δ ² ]/S ₀ , waar S ₀ is de oppervlakte van 2D Pmc2₁ -SnP₂ monolaag) kan worden verkregen door de parabool te passen. Interessant genoeg is de in-plane stijfheid C ^2D met extreem duidelijke elastische anisotropie langs a en b richtingen worden berekend op respectievelijk 12,1 en 105,6 N/m. Omdat de Pmc2₁ -SnP₂ vertoont een direct-achtig hiaat-halfgeleidend karakter, de effectieve massa's (m ^∗ =ℏ ² (∂ ² E /∂K ² )⁻¹ ) van elektronen (m _e is |m ^* _e |) en gaten (m _u is |m ^* _u |) geassocieerd met de (quasi) directe halfgeleidende Pmc2₁ -SnP₂ monolaag worden ook berekend. De effectieve massa's worden vermeld (tabel 2). Het meest interessant is de effectieve massa van elektronen in de k _b richting (0,15 me) is veel kleiner dan die in de k _een richting (1,31 me), wat wijst op de gemakkelijke drift van elektronen in de k _b richting. Er is nog een belangrijke parameter:DP-constante E ₁ (E ₁ =dE _rand /dδ ) voor elektronen langs a en b richtingen wordt berekend op respectievelijk 5,36 en 11,57 eV. Verrassend genoeg kan de berekende drager worden bereikt ~ 800 cm² V⁻¹ s⁻¹ in de k _b richting. Ter vergelijking:de draaggolfmobiliteit van de MoS₂ monolaag is ∼ 200 cm² V⁻¹ s⁻¹ in experimenten [8]. De mobiliteit van de drager is echter ongeveer ∼ 8 cm² V⁻¹ s⁻¹ in de k _een richting. Daarom is de hoge dragermobiliteit die in dit onderzoek is gevonden van groot belang voor de studie van elektronentransport.

Optische eigenschap

De foto-elektrische eigenschappen van foto-elektronische materialen worden gekenmerkt door diëlektrische functie, fotogeleiding en absorptiecoëfficiënt. De denkbeeldige delen van de diëlektrische functie worden getoond in figuur 5a. Merk op dat Pmc2₁ -SnP₂ monolaag vertoont absorptie vanaf ∼ 0,70 eV, en er verschijnen drie hoofdabsorptiepieken bij ∼ 0,9, ~ 3,2 en ∼ 4,0 eV. Zoals geïllustreerd in Fig. 5b, toont het de absorptie in alle drie de richtingen in het zichtbare bereik en het ultraviolette bereik voor monolaag Pmc2₁ -SnP₂ . Dus, Pmc2₁ -SnP₂ monolaagmaterialen kunnen worden gebruikt voor atomair dunne, zonneblinde fotodetectoren voor bijvoorbeeld efficiënte detectie van vlammen.

een Berekende diëlektrische functies versus energie voor Pmc2₁ -SnP₂ langs verschillende invallende lichtrichtingen. b Berekende denkbeeldige absorptiecoëfficiënt

Conclusies

Concluderend hebben we op basis van de PSO-algoritmen gecombineerd met eerste-principeberekeningen, verschillende 2D Sn_x P_j monolagen met de verhoudingen van x /j =1:1 en 1:2. Verrassend genoeg hebben deze nieuwe monolagen ook bijzondere elektronische en magnetische eigenschappen:de monolaag van P$ \overline{4}{2}_1 $m-SnP₂ structuur met unieke valentiebandstructuur kan van niet-magnetisch naar ferromagnetisch gaan door de dotering van het gat vanwege het "Stoner-criterium"; de Pmc2₁ -SnP₂ structuur is een direct-achtige spleethalfgeleider met in-plane elastische anisotropie blijkt een hoge elektronenmobiliteit te hebben van wel 800 cm² V⁻¹ s⁻¹ langs de k _b richting, die veel hoger is dan die van MoS₂ (∼ 200 cm² V⁻¹ s⁻¹ ). De optische absorptiepiek van het materiaal bevindt zich in het ultraviolette gebied. Deze ontdekkingen breiden de potentiële toepassingen van het opkomende gebied van 2D Sn_x . uit P_j structuren in nano-elektronica. Deze gewenste eigenschappen van de multifunctionele Sn_x P_j monolagen bieden veelbelovende geweldige toepassingen in elektronica en opto-elektronica.

Beschikbaarheid van gegevens en materialen

Ze staan allemaal in de hoofdtekst en figuren.

Vergelijkende studies over tweedimensionale (2D) rechthoekige en zeshoekige molybdeendioxide nanoplaten met verschillende diktes Co-dosering van ozon en gedeïoniseerd water als oxidatieve voorlopers van ZnO-dunne-filmgroei door afzetting van atoomlagen

Nanomaterialen

Metaal

Hars

vezel

Samengesteld materiaal