Kami telah mempelajari struktur elektronik dan tegangan arus (I-V ) karakteristik nanoribbon InSe satu dimensi menggunakan teori fungsi densitas yang dikombinasikan dengan metode fungsi nonequilibrium Green. Pita nano yang memiliki tepi kosong atau H-passivated tipe zigzag (Z), Klein (K), dan kursi (A) diperhitungkan. Keadaan tepi ditemukan memainkan peran penting dalam menentukan sifat elektroniknya. Tepi Z dan K biasanya logam dalam nanoribbon lebar serta rekan-rekan terhidrogenasi mereka. Transisi dari semikonduktor ke logam diamati pada pita nano terhidrogenasi HZZH seiring bertambahnya lebarnya, karena ketergantungan lebar yang kuat dari perbedaan energi antara keadaan tepi kiri dan kanan. Namun demikian, struktur elektronik dari nanoribbon lain bervariasi dengan lebar dalam skala yang sangat terbatas. I-V karakteristik nanoribbons telanjang ZZ dan KK menunjukkan resistensi diferensial negatif yang kuat, karena ketidakcocokan spasial fungsi gelombang di pita energi di sekitar energi Fermi. Polarisasi spin dalam nanoribbons ini juga diprediksi. Sebaliknya, nanoribbons telanjang AA dan rekan-rekan mereka yang terhidrogenasi HAAH adalah semikonduktor. Celah pita nanoribbons AA (HAAH) lebih sempit (lebih lebar) dibandingkan dengan monolayer InSe dua dimensi dan meningkat (menurun) dengan lebar nanoribbon.
Bahan dua dimensi (2D) yang tipis secara atom telah menarik minat intensif dalam dekade terakhir karena sifat elektroniknya yang unik dan potensi aplikasi yang menjanjikan [1,2,3,4] terutama berasal dari pengurangan dimensinya. Pita nano satu dimensi (1D) kemudian dapat dibuat dengan menyesuaikan bahan 2D [5] atau merakit atom secara tepat dengan cara bottom-up [6, 7]. Dalam nanoribbons, sifat elektronik selanjutnya dimodulasi oleh kurungan tambahan dan kemungkinan fungsionalitas tepi [8, 9]. Misalnya, celah energinya, parameter kunci semikonduktor, dapat terus disesuaikan dengan lebarnya [10,11,12,13,14,15]. Ikatan yang menjuntai dari atom tepi dapat dipasifkan oleh atom H dalam lingkungan yang tepat, dan hidrogenasi dapat menstabilkan tepi dari rekonstruksi struktural [16, 17].
Baru-baru ini, anggota baru, monolayer InSe, telah ditambahkan ke materi 2D. Bulk InSe milik keluarga semikonduktor chalcogenide logam berlapis dan telah dipelajari secara intensif dalam beberapa dekade terakhir [18,19,20,21,22]. Masing-masing lapisan empat kali lipatnya memiliki kisi heksagonal yang secara efektif terdiri dari empat bidang atom Se-In-In-Se yang terikat secara kovalen. Lapisan empat kali lipat ditumpuk bersama oleh interaksi van der Waals pada jarak antar lapisan sekitar 0,8 nm. Gaya susun mendefinisikan politipenya seperti , , dan , di antaranya yang dan memiliki celah pita langsung. Namun demikian, lapisan InSe empat kali lipat berhasil dibuat hanya dalam beberapa tahun terakhir dengan metode pengelupasan kulit mekanis [23, 24]. Sejak itu, mobilitas elektron tinggi yang luar biasa yang diamati dan sifat fisik khusus dari lapisan tunggal InSe telah memicu studi ekstensif tentang kemungkinan aplikasinya dalam perangkat optoelektronik [24,25,26] dan perangkat elektronik [27,28]. Demi mengeksplorasi sifat fungsional baru, studi teoritis juga bisa menjadi pendekatan yang efisien. Simulasi numerik sifat struktural, listrik, dan magnetik dari lapisan tunggal InSe dan modulasinya dengan doping, defek, dan adsorpsi telah dilakukan [29,30,31,32,33,34,35,36,37,38]. Struktur pita InSe mono dan beberapa lapis telah dipelajari dengan cermat oleh teori fungsi densitas [29]. Cacat intrinsik dominan pada lapisan tunggal InSe telah diketahui [30], dan sifat cacat asli dan pengotor substitusi dalam lapisan tunggal InSe telah diperkirakan dengan perhitungan energi formasi dan ionisasi [31]. Selain itu, telah diprediksi bahwa doping substitusi atom As dapat mentransfer monolayer InSe dari semikonduktor nonmagnetik ke semikonduktor/logam magnetik atau setengah semilogam [32]. Konduktivitas termal lapisan tunggal InSe dapat sangat dimodulasi oleh ukurannya [33]. Namun, sejauh yang kami ketahui, ada beberapa penelitian tentang sifat elektronik nanoribbon satu dimensi dari lapisan tunggal InSe hingga saat ini.
Dalam makalah ini, kami melakukan simulasi prinsip pertama pada sifat elektronik zigzag telanjang 1D, kursi berlengan, dan nanoribbon Klein monolayer InSe dan rekan-rekan mereka yang dipasifkan hidrogen. Studi kami menunjukkan transisi dari semikonduktor ke logam dalam nanoribbons zigzag InSe yang dipasifkan oleh hidrogen dan perubahan celah energi yang menarik pada nanoribbons kursi berlengan. Kurva arus-tegangan menunjukkan sifat listrik yang beragam untuk pita nano dengan tepi yang berbeda.
Tiga pola tepi khas kisi sarang lebah, zigzag (Z), kursi (A), dan Klein (K) diperhitungkan [39]. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 1, pita nano dapat diidentifikasi dengan nomor lebarnya n dan kombinasi jenis kedua sisinya. Ada lima kelas nanoribbons telanjang:n -ZZ, n -AA, n -KK, n -ZK, dan n -KZ. Perhatikan bahwa n -ZK berbeda dari n -KZ karena kita asumsikan bahwa tepi Z kiri (kanan) berakhir dengan atom In (Se). Jika setiap atom tepi dipasifkan oleh satu atom hidrogen, kami menyatakan pita nano yang dipasifkan sebagai n -HZZH, n -HAAH, n -HKKH, n -HZKH, dan n -HKZH, masing-masing. Lapisan empat kali lipat Se-In-Se dari konstanta kisi 4,05 Å dengan jarak lapisan Se-In-0,055 Å dan jarak lapisan Dalam-Dalam 0,186 Å digunakan untuk membuat nanoribbon sebelum optimasi geometri [21].
Tampilan atas dan samping 6-HZKH (a ) dan 11-HAAH (b ) Pita nano InSe. Nomor lebar nanoribbon n , lebar w z , dan konstanta kisi c z atau c a ditandai
Semua komputasi dilakukan dengan menggunakan Atomistix ToolKit (ATK) berbasis DFT dengan teknik pseudopotential. Korelasi pertukaran fungsional dalam pendekatan kepadatan putaran lokal dengan parameterisasi Perdew–Zunger (LSDA-PZ) diadopsi. Fungsi gelombang diperluas pada basis set orbital ganda ditambah satu orbital polarisasi (DZP). Pemutusan energi 3000 eV, a k -grid mesh ruang 1 × 1 × 100, dan suhu elektronik 300 K digunakan dalam integrasi sumbu nyata untuk fungsi Green non-kesetimbangan. Lapisan vakum setebal 15 dalam sel super diadopsi untuk memisahkan nanoribbon dari gambar tetangganya di kedua x dan y arah dan untuk memastikan penekanan kopling di antara mereka. Struktur pita dihitung setelah relaksasi geometri penuh dengan toleransi gaya 0,02 eV/Å −1 .
Untuk mensimulasikan properti transpor elektronik dari nanoribbons, kami menghubungkan masing-masing ke dalam sirkuit dengan potensi kimia kiri (kanan) μ L (μ R ) [40, 41]. Nanoribbon kemudian dapat dipartisi menjadi tiga wilayah, elektroda kiri (kanan) L (R) dan wilayah tengah C. Arus yang bergantung pada putaran dapat diperkirakan dengan rumus Landauer-Büttiker [42].
$$ {I}_{\sigma}\left({V}_b\right)=\frac{e}{h}{\int}_{-\infty}^{+\infty }{T}_{ \sigma}\left(E,{V}_b\right)\left[{f}_L\left(E-{\mu}_L\right)-{f}_R\left(E-{\mu}_R \right)\right] dE $$dengan putaran σ = ↑ , dan bias tegangan V b = (μ R μ L )/e . Di sini, \( {T}_{\sigma}\left(E,{V}_b\right)=Tr\left[{\Gamma}_L{G}_{\sigma }{\Gamma}_R{G} _{\sigma}^{\dagger}\right] \) adalah spektrum transmisi dengan G σ fungsi Green terbelakang di wilayah C dan L (Γ R ) matriks kopling antara C dan L (R). f L (f R ) adalah fungsi distribusi Fermi elektron dalam L (R).
Pada Gambar. 1, kami membuat skema tampilan atas dan samping dari (a) 6-HZKH dan (b) 11-HAAH nanoribbons dengan konstanta kisi c z = 4,05 Å dan c a = 7.01 Å, masing-masing. Tepi K sepanjang arah sejajar dengan tepi Z. Arah memanjang z nanoribbon ditandai dengan panah biru. Berbeda dari kasus di graphene nanoribbon [39], tidak ada rekonstruksi tepi yang diamati untuk tiga gaya tepi dalam nanoribbons InSe kosong dan pasif-H, dan simulasi kami menunjukkan bahwa semuanya stabil secara energi.
Telanjang n -ZZ nanoribbons adalah logam magnetik kecuali yang 2-ZZ yang memiliki geometri yang direkonstruksi dan muncul semikonduktor. Mereka memiliki struktur pita yang sama seperti yang diilustrasikan pada Gambar 2a. p orbital tepi atom Se mendominasi kontribusi ke keadaan dekat energi Fermi mirip dengan kasus lapisan tunggal InSe [32], tetapi kontribusi lebih dari atom In diamati di sini. Dua pita yang terisi sebagian masing-masing berasal dari status tepi kiri dan kanan, seperti yang ditunjukkan oleh status Bloch titik- untuk nanoribbon 4-ZZ. Salah satunya adalah spin split dan momen magnet netto, misalnya 0,706 B untuk nanoribbon 4-ZZ, muncul di setiap sel primitif di tepi kiri.
Struktur pita a 3-, 4-, 5-, dan 6-ZZ nanoribbons dan b 3, 4-, 5-, dan 6-HZZH nanoribbons. Status titik Bloch dekat energi Fermi ditunjukkan untuk n = 4. Orbit keadaan di bawah energi Fermi ditunjukkan untuk nanoribbon 4-HZZH
Ketika atom tepi dipasifkan oleh atom H, n -HZZH nanoribbons menjadi semikonduktor nonmagnetik untuk n = 3, 4 dan logam untuk n> 4 seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2b. Perhatikan bahwa struktur menjadi tidak stabil untuk n = 2 Dalam nanoribbon 4-HZZH, status Bloch pada pita konduksi (valensi) di dekat energi Fermi terbatas pada tepi kanan (kiri). Mereka memiliki komponen yang mirip dengan monolayer 2D InSe kecuali bagian orbital atom H. Lima pita tertinggi dari status tepi kiri terdiri dari satu p x , dua p y , dan dua p z orbital atom tepi Se. Pita energi keadaan tepi kanan (kiri) mirip dengan pita konduksi (valensi) pada arah -K monolayer 2D InSe [32]. Pemisahan energi mereka sangat bergantung pada n meskipun dispersi mereka tidak sensitif terhadap n . Kami mendefinisikan E d sebagai perbedaan energi antara minimum keadaan tepi kanan dan maksimum keadaan tepi kiri.
Pada Gambar. 3, kami memplot E d versus n dan dengan z dan menemukan kira-kira ketergantungan terbalik E d E 0 + a /(dengan z dengan 0 ) dengan E 0 = − 0.45eV, dengan 0 = 4Å, dan a =4eVÅ. Perilaku ini mirip dengan ketergantungan lebar celah energi di zigzag graphene dan BN nanoribbons [12,13,14,15, 43,44,45,46,47] yang memiliki asal interaksi elektron-elektron. Pita nano HZZH InSe yang sempit adalah semikonduktor, dan transisi dari semikonduktor ke logam terjadi seiring dengan bertambahnya lebar.
Perbedaan energi minimal E d antara keadaan tepi kanan dan kiri dekat energi Fermi di n -Nanoribbon HZZH ditampilkan versus n dan dengan z . Kurva fit berwarna merah
Struktur pita n -KK dan n - Pita nano HKKH tidak sensitif terhadap nomor lebar n seperti yang dicontohkan pada Gambar. 4a, b, masing-masing, untuk n = 4. Dibandingkan dengan tepi zigzag, tepi telanjang Klein memiliki ikatan yang lebih menjuntai yang menghasilkan perubahan signifikan pada struktur pita. Orbital atom tepi Se biasanya memiliki energi yang lebih rendah daripada energi tepi In, mirip dengan nanoribbon ZZ. Dalam nanoribbon HKKH, penekanan p orbital tepi Dalam atom dan p orbital tepi atom Se oleh pasivasi atom H jelas. Namun demikian, satu atom H tidak cukup untuk mempasifkan semua ikatan yang menjuntai dari atom tepi. Baik pita nano KK maupun HKKH adalah logam.
Struktur pita dan status Bloch titik- dari 4-KK (a ), 4-HKKH (b ), 4-KZ (c ), dan 4-ZK (d ) nanoribbons
Dalam nanoribbons dengan pencampuran tepi zigzag dan Klein, kami mengamati kombinasi pita energi dari dua jenis tepi di dekat energi Fermi. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4c untuk nanoribbon 4-KZ, status dispersi dan -point Bloch dari pita c1 , c0 , dan c−1 sama dengan band k1 , k0 , dan k−1 dalam nanoribbon 4-KK seperti yang diplot pada Gambar. 4a, sedangkan pita c2 dan c−2 sama dengan band z1 dan z−2 nanoribbons 4-ZZ pada Gambar. 2a. Demikian pula, struktur pita nanoribbon 4-ZK, seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 4d, terdiri dari pita d1 dari tepi kanan Klein dan pita d2 , d0 , dan d−1 dari tepi zigzag kiri. Sejak n -ZK dan n-KZ nanoribbons menjaga bagian dari pita energi n -KK nanoribbons dekat energi Fermi, keduanya adalah logam sebagai n -KK nanoribbon. Untuk alasan yang sama, pita nano pasif-H yang mencampur tepi Z dan K juga logam.
Baik nanoribbon AA dan HAAH adalah semikonduktor nonmagnetik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 5a, b, di mana struktur pita diplot untuk n = 4, 5. Pasifasi atom H dapat meningkatkan stabilitas struktural secara energetik dan memperbesar celah energi. Menariknya, celah energi memiliki ketergantungan zigzag pada lebar nanoribbon, menunjukkan perilaku seperti keluarga ganjil-genap seperti pada graphene dan BN nanoribbons [10,11,12,13,14,15, 43,44,45,46, 47]. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 5c, n -AA nanoribbons memiliki celah (persegi zaitun) lebih sempit daripada 2D InSe monolayer (garis merah). Kesenjangan meningkat (menurun) secara monoton dengan lebar ganjil (genap) n dan konvergen ke nilai 1,15 eV pada batas lebar besar ketika kedua tepi dipisahkan satu sama lain dan menstabilkan energinya [13]. Status Bloch dari pita valensi maksimum (VBM) pada titik dan pita konduksi minimum (CBM) pada titik Z juga ditunjukkan pada Gambar 5c. Perilaku paritas diamati lagi dengan simetris (n = 5) atau diagonal (n = 4, 6) distribusi keadaan di sekitar tepi atom Se di VBM dan di sekitar tepi atom In di CBM.
Struktur pita nanoribbon 4- dan 5-AA ditunjukkan dalam a dan 4- dan 5-HAAH di b . Kesenjangan energi E g dari n -AA (hijau) dan n -HAAH (biru) nanoribbons diplot versus n di c dengan celah monolayer InSe (merah) ditandai. Bloch menyatakan di CBM dan VBM untuk n = 4, 5, dan 6 ditampilkan di panel kanan c
Di sisi lain, celah n -HAAH nanoribbons (lingkaran biru) lebih lebar dari pasangan 2D mereka dan berkurang dengan lebar untuk ganjil dan genap n . Dalam nanoribbon pasif, status Bloch di VBM dan CBM memiliki komponen tepi yang jauh lebih sedikit. Kesenjangan energi yang sesuai sekitar 1 eV lebih lebar daripada nanoribbon telanjang, dan perbedaannya berkurang dengan bertambahnya lebar [13].
Pada Gambar. 6a, kami menunjukkan tegangan arus (I -V ) karakteristik nanoribbons InSe logam di atas 4-ZZ (persegi), 4-KK (lingkaran), dan 4-HKKH (segitiga). Kurva spin-up (spin-down) ditandai dengan simbol yang diisi (kosong). Rumus Landauer-Büttiker telah digunakan untuk menghitung arus yang bergantung pada putaran I σ ketika tegangan bias V b diterapkan antara elektroda L dan R, dengan μ R = eV b /2 dan μ L = − eV b / 2 diasumsikan. Resistansi diferensial negatif (NDR) dan polarisasi putaran diamati pada nanoribbon telanjang 4-ZZ dan 4-KK di bawah bias di wilayah antara 0,5 dan 1,2 V. Rasio puncak-ke-lembah NDR lebih besar dari 10 untuk 4- ZZ nanoribbon karena ketidakcocokan transversal fungsi gelombang di antara pita energi di dekat energi Fermi seperti yang diilustrasikan pada Gambar. 2a dan dijelaskan berikut ini. Pita z1 adalah saluran transportasi dominan di bawah V b < 1.2 V seperti yang ditunjukkan oleh spektrum transmisi spin-up dan spin-down pada Gambar. 6b, c, masing-masing. Namun, fungsi gelombang dari pita z1 ortogonal atau terpisah dalam ruang dari pita terdekat z2 , z−1 , dan z−2 . Hal ini menyebabkan ketidakcocokan antara status z1 dalam satu elektroda dan elektroda dengan energi yang sama di elektroda lain di bawah V b . Elektron dari pita z1 pada satu elektroda kemudian mengalami kesulitan untuk berpindah ke elektroda lainnya dengan kekekalan energi. Akibatnya, I-V kurva nanoribbon 4-ZZ menunjukkan karakteristik pita tunggal dengan NDR yang kuat. Selanjutnya, spin split band z0 mengarah ke polarisasi spin dalam rezim linier. Namun, dalam nanoribbon 4-HKKH yang dipasifkan, arus jenuh di wilayah bias NDR di atas.
a Spin-up (terisi) dan spin-down (kosong) I -V karakteristik 4-ZZ (persegi), 4-KK (lingkaran), dan 4-HKKH (segitiga) nanoribbons InSe disajikan. Spektrum transmisi spin-up yang sesuai (b ) dan spin-down (c ) ditampilkan untuk nanoribbon 4-ZZ. Jendela transportasi antara μ L dan μ R ditandai dengan garis putih
Kami telah secara sistematis menyelidiki sifat elektronik dari nanoribbons InSe dengan tepi Z, A, atau K. Tepi memainkan peran kunci dalam menentukan sifat karena keadaan elektron di dekat energi Fermi memiliki orbital atom tepi yang besar. Tepi telanjang Z dan K bersifat konduktif dan magnetis. Interaksi tepi-tepi yang kuat dapat menyebabkan transisi n -HZZH nanoribbons dari semikonduktor ke logam sebagai n meningkat. Akibatnya, nanoribbons telanjang dan H-pasif dengan tepi Z dan K adalah logam kecuali yang sangat sempit. n -AA dan n -HAAH adalah semikonduktor nonmagnetik dengan celah energi yang lebih sempit dan lebih lebar, masing-masing, daripada monolayer InSe. Kesenjangan mereka mendekati satu sama lain dengan cara zig-zag sebagai n meningkat, menunjukkan perilaku genap-ganjil. Kurva arus-tegangan nanoribbon ZZ dan KK dicirikan oleh NDR pita tunggal yang kuat dan polarisasi putaran.
Satu dimensi
Dua dimensi
Kursi berlengan
Pita konduksi minimum
Klein
Pita valensi maksimum
Zigzag
bahan nano
Tidak peduli seberapa akrab Anda dengan mesin hidrolik, mudah untuk mengabaikan pentingnya cairan hidrolik itu sendiri. Ada sejumlah karakteristik cairan hidraulik yang perlu dipertimbangkan untuk memastikan bahwa sistem Anda dapat bekerja dengan efisiensi penuh. Dalam artikel ini, kita akan melih
Ada beberapa jenis pemeliharaan yang digunakan oleh organisasi, beberapa di antaranya bersifat proaktif dan ada pula yang bersifat reaktif. Namun, beberapa organisasi tidak mengetahui jenis perawatan apa yang cocok untuk bisnis mereka. Di blog ini, kita akan belajar tentang pemeliharaan korektif dan
Penggerindaan permukaan adalah proses finishing yang menggunakan roda gerinda yang berputar untuk menghaluskan permukaan material, menghaluskan permukaan material logam atau non logam, dan membuatnya terlihat lebih halus. Bahan abrasif yang paling umum digunakan untuk permukaan roda gerinda meliput
Pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana AC, makhluk manis yang selalu menjaga kamar kita pada suhu yang sesuai, membuat keajaiban terjadi? Nah, motor DC brushless magnet permanen, dengan pengaturan kecepatan yang sangat baik dan semua, akan melakukannya. Apa lagi yang bisa dilakukan motor DC? Mari k
