Гексагональный борофен, стабилизированный смешанным допированием: структура, устойчивость, электронные и механические свойства

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

С помощью DFT-расчетов показана возможность стабилизации гексагональной сотовой формы борофена посредством смешанного допирования в системе B6Ga2Mg4, где плоский лист борофена размещен между двумя слоями, сформированными атомами магния и галлия. B6Ga2Mg4 представляет собой относительно мягкий материал с металлической проводимостью. Оценка термодинамической устойчивости этого соединения показала, что плавление будет происходить при температуре выше 1200 K.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. В. Стегленко

Южный федеральный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Институт физической и органической химии

Россия, Ростов-на-Дону, 344090

Т. Н. Грибанова

Южный федеральный университет

Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Институт физической и органической химии

Россия, Ростов-на-Дону, 344090

Р. М. Миняев

Южный федеральный университет

Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Институт физической и органической химии

Россия, Ростов-на-Дону, 344090

Список литературы

  1. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V. et al. // Science. 2004. V. 306. № 5696. P. 666. https://doi.org/10.1126/science.1102896
  2. Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N.M.R. et al. // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. № 1. P. 109. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109
  3. Yang X., Xu M., Qiu W. et al. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. № 22. P. 8096. https://doi.org/10.1039/c1jm10697j
  4. Wang Q.H., Kalantar-Zadeh K., Kis A. et al. // Nat. Nanotechnol. 2012. V. 7. № 11. P. 699. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.193
  5. Radisavljevic B., Radenovic A., Brivio J. et al. // Nat. Nanotechnol. 2011. V. 6. № 3. P. 147. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.279
  6. Chen Y.L., Analytis J.G., Chu J.-H. et al. // Science. 2009. V. 325. № 5937. P. 178. https://doi.org/0.1126/science.1173034
  7. Jariwala D., Sangwan V.K., Lauhon L.J. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. № 2. P. 1102. https://doi.org/10.1021/nn500064s
  8. Miao N., Xu B., Bristowe N.C. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2017. V. 139. № 32. P. 11125. https://doi.org/10.1021/jacs.7b05133
  9. Kumar H., Frey N.C., Dong L. et al. // ACS Nano. 2017. V. 11. № 8. P. 7648. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b02578
  10. Tan C., Cao X., Wu X.-J. et al. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 9. P. 6225. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00558
  11. Xu M., Liang T., Shi M. et al. // Chem. Rev. 2013. V. 113. № 5. P. 3766. https://doi.org/10.1021/cr300263a
  12. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. et al. // Struct. Chem. 2020. V. 31. № 6. P. 2105. https://doi.org/10.1007/s11224-020-01606-9
  13. Kaneti Y.V., Benu D.P., Xu X. et al. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 1. P. 1000. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00233
  14. Yadav S., Sadique M.A., Kaushik A. et al. // J. Mater. Chem. B. 2022. V. 10. № 8. P. 1146. https://doi.org/10.1039/d1tb02277f
  15. Wang Z.-Q., Lü T.-Y., Wang H.-Q. et al. // Front. Phys. 2019. V. 14. № 3. P. 33403. https://doi.org/10.1007/s11467-019-0884-5
  16. An J.M., Pickett W.E. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. № 19. P. 4366. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.4366
  17. Kortus J., Mazin I.I., Belashchenko K.D. et al. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. № 20. P. 4656. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.4656
  18. Choi H.J., Roundy D., Sun H. et al. // Nature. 2002. V. 418. № 6899. P. 758. https://doi.org/10.1038/nature00898
  19. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Chem. Phys. 2019. V. 522. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2019.02.008
  20. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Struct. Chem. 2018. V. 29. № 1. P. 327. https://doi.org/10.1007/s11224-017-1031-y
  21. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Struct. Chem. 2017. V. 28. № 2. P. 357. https://doi.org/10.1007/s11224-016-0886-7
  22. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Mendeleev Commun. 2016. V. 26. № 6. P. 485. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2016.11.008
  23. Steglenko D.V., Gribanova T.N., Minyaev R.M. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. № 31. P. 15533. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c02427
  24. John D., Nharangatt B., Chatanathod R. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. № 37. P. 11493. https://doi.org/10.1039/c9tc03628h
  25. Tang H., Ismail-Beigi S. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 13. P. 134113. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.134113
  26. Penev E.S., Kutana A., Yakobson B.I. // Nano Lett. 2016. V. 16. № 4. P. 2522. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00070
  27. Steglenko D.V., Gribanova T.N., Minyaev R.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 60. https://doi.org/10.1134/s0036023622601477
  28. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. № 1. P. 558. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.558
  29. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 20. P. 14251. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.14251
  30. Kresse G., Furthmüller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 16. P. 11169. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
  31. Kresse G., Furthmüller J. // Comput. Mater. Sci. 1996. V. 6. №. 1. P. 15. https://doi.org/10.1016/0927-0256(96)00008-0
  32. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. № 18. P. 3865. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
  33. Blöchl P.E. // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. № 24. P. 17953. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
  34. Kresse G., Joubert D. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. № 3. P. 1758. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758
  35. Monkhorst H.J., Pack J.D. // Phys. Rev. B. 1976. V. 13. № 12. P. 5188. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
  36. Togo A., Tanaka I. // Scripta Mater. 2015. V. 108. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.07.021
  37. Nosé S. // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. № 1. P. 511. https://doi.org/10.1063/1.447334
  38. Koichi M., Fujio I. // J. Appl. Crystallogr. 2011. V. 44. № 6. P. 1272. https://doi.org/10.1107/S0021889811038970
  39. Stokes H.T., Hatch D.M. // J. Appl. Crystallogr. 2005. V. 38. № 1. P. 237. https://doi.org/10.1107/S0021889804031528
  40. Emsley J. The elements. Oxford, 1991.
  41. Mouhat F., Coudert F.-X. // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. № 22. P. 224104. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.224104
  42. Lubarda V.A., Chen M.C. // J. Mech. Mater. Struct. 2008. V. 3. № 1. P. 153. https://doi.org/10.2140/jomms.2008.3.153
  43. Wei X., Fragneaud B., Marianetti C.A. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 20. P. 205407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.205407
  44. Cadelano E., Palla P.L., Giordano S. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 23. P. 235414. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.235414
  45. Klintenberg M., Lebègue S., Ortiz C. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. № 33. P. 335502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/33/335502
  46. Lee C., Wei X., Kysar J.W. et al. // Science. 2008. V. 321. № 5887. P. 385. https://doi.org/10.1126/science.1157996
  47. Kudin K.N., Scuseria G.E., Yakobson B.I. // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. № 23. P. 235406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.235406
  48. Peng Q., Ji W., De S. // Comput. Mater. Sci. 2012. V. 56. P. 11. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.12.029
  49. Falin A., Cai Q., Santos E.J.G. et al. // Nat. Commun. 2017. V. 8. № 1. P. 15815. https://doi.org/10.1038/ncomms15815
  50. Cooper R.C., Lee C., Marianetti C.A. et al. // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. № 3. P. 035423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.035423
  51. Bertolazz S., Brivio J., Kis A. // ACS Nano. 2011. V. 5. № 12. P. 9703. https://doi.org/10.1021/nn203879f
  52. Steglenko D.V., Tkachenko N.V., Boldyrev A.I. et al. // J. Comput. Chem. 2020. V. 41. № 15. P. 1456. https://doi.org/10.1002/jcc.26189
  53. Fedik N., Steglenko D.V., Muñoz-Castro A. et al. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. № 31. P. 17280. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c02939
  54. Peng Q., Wen X., De S. // RSC Adv. 2013. V. 3. № 33. P. 13772. https://doi.org/10.1039/c3ra41347k
  55. Şahin H., Cahangirov S., Topsakal M. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 15. P. 155453. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.155453
  56. Ding J., Xu M., Guan P.F. et al. // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. № 6. P. 064501. https://doi.org/10.1063/1.4864106
  57. Sun J., Liu P., Wang M. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 3408. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60416-5

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение двумерной системы B6Ga2Mg4. Атомы бора, формирующие сотовую структуру, изображены зеленым цветом, атомы магния и галлия, находящиеся в апикальном положении, – оранжевым и светло-зеленым цветом соответственно: а – вид сверху, б – вид сбоку.

Скачать (150KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Вид сверху и строение элементарной ячейки двумерной системы B6Ga2Mg4 (а), вид сбоку фрагмента поверхности (б).

Скачать (203KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рассчитанные дисперсионные кривые фононного спектра вдоль пути Г–М–К–Г (а) и плотность фононных состояний (б) для B6Ga2Mg4.

Скачать (101KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электронная зонная структура B6Ga2Mg4 вдоль пути Г–М–K–Г (а) и плотность электронных состояний (б).

Скачать (151KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Частичная плотность электронных состояний, образованная атомами бора. Вертикальной пунктирной линией отмечен уровень Ферми.

Скачать (79KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Частичная плотность электронных состояний, образованных атомами галлия. Вертикальной пунктирной линией отмечен уровень Ферми.

Скачать (89KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Частичная плотность электронных состояний, образованных атомами магния. Вертикальной пунктирной линией отмечен уровень Ферми.

Скачать (79KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Парная корреляционная функция (PCF), рассчитанная для двумерного B6Ga2Mg4 при различных температурах (а); фрагмент поверхности размером 4 × 4 × 1 при 1000 (б), 1200 (в) и 1300 K (г).

Скачать (491KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025