Rectifikasi Tingkat Tinggi Heterosambungan Nanopita Borofen α melalui Pasivasi Tepi
Abstrak
Kami mengusulkan model heterosambungan datar berdasarkan nanopita borofen α dan mempelajari properti transport elektroniknya. Kami masing-masing mempertimbangkan tiga jenis heterosambungan. Setiap jenis terdiri dari dua nanopita borofen α tepi zigzag (Z αBNR), satu adalah logam dengan tepi yang tidak dipasivasi atau dipasivasi oleh atom hidrogen (1H-Z αBNR) dan yang lain adalah semikonduktor dengan tepi yang dipasivasi oleh dua atom hidrogen (2H-Z αBNR) atau satu atom nitrogen (N-Z αBNR). Menggunakan perhitungan first-principles yang digabungkan dengan fungsi Green nonequilibrium, kami mengamati bahwa performa rectifikasi sangat tergantung pada detail struktural atom dari sambungan. Secara khusus, rasio rectifikasi sambungan hampir tidak berubah ketika pita logam di kiri berubah dari ZBNR menjadi 1H-Z αBNR. Namun, rasio tersebut meningkat dari 120 menjadi 240 ketika yang kanan berubah dari 2H-Z αBNR menjadi N-Z αBNR. Efek rectifikasi ini dapat dijelaskan secara mikroskopis oleh tingkat kecocokan band elektronik antara dua bagian sambungan. Temuan kami menyiratkan bahwa heterosambungan berbasis borofen mungkin memiliki aplikasi potensial dalam nano-device rectifikasi.
Pendahuluan
Selama beberapa dekade yang lalu, sejumlah besar materi dua dimensi (2D), termasuk grafen [1, 2], silisena [3, 4], dalkogenida logam transisi (TMD) [5, 6], dan fosforena [7, 8], telah banyak dikaji karena properti uniknya. Khususnya, materi 2D ini menunjukkan beberapa perilaku transport elektronik yang menarik, seperti magneto resistansi raksasa (GMR) [9, 10], resistansi diferensial negatif (NDR) [11, 12], filter spin [13, 14], dan rectifikasi [15, 16], sehingga memiliki aplikasi potensial dalam perangkat elektronik skala nano. Baru-baru ini, beberapa studi juga menunjukkan bahwa materi 2D memiliki peluang aplikasi yang luas dalam perangkat termoelektrik skala nano [17–20]. Selanjutnya, penelitian tentang heterosambungan lateral berbasis materi 2D menjadi topik penting. Dan beberapa studi teoritis telah menunjukkan bahwa heterosambungan lateral memiliki aplikasi potensial dalam teknologi transistor efekt medan dan semikonduktor oksida logam komplementer [21, 22]. Lebih jauh, heterosambungan lateral dengan ketebalan atomik telah disiapkan dalam eksperimen [23, 24]. Prestasi ini telah menginspirasi upaya untuk lebih jauh mengeksplorasi heterosambungan lateral yang terbuat dari materi 2D yang lebih sesuai.
Baru-baru ini, lapisan monolaer borofen juga telah menerima minat yang luas [25–28] setelah grafen dan silisena. Studi teoritis memprediksi bahwa lapisan boron dapat stabil ada pada substrat logam, yang dikonfirmasi oleh observasi selanjutnya [29, 30]. Sejauh ini, sejumlah struktur boron 2D telah diperoleh melalui pertumbuhan epitaksial pada substrat Ag (111), seperti β12-, χ3-, δ6-borofen dan borofen sadu madu [31–34]. Studi teoritis menunjukkan bahwa stabilitas lapisan boron dapat ditingkatkan dengan memperkenalkan lubang heksagon [35]. Perhitungan DFT menunjukkan bahwa borofen dengan “kepadatan lubang heksagon” (η) sebesar 1/9, disebut sebagai α−borofen [35, 36], menguntungkan dari segi energi. Lebih jauh, nanopita borofen α tepi zigzag (Z αBNR) menunjukkan perilaku logam atau semikonduktor melalui modifikasi tepi yang berbeda [37]. Oleh karena itu, properti transport elektronik untuk nanostructur borofen masih perlu dieksplorasi lebih lanjut, meskipun sejumlah besar studi telah dilakukan pada struktur elektronik, properti mekanik dan termal [25–28].
Dalam karya ini, kami menyelidiki properti transport heterosambungan yang terbuat dari nanopita Z αBNR tepi zigzag. Kami membangun tiga jenis sambungan lateral logam-semikonduktor in-plane. Kami menemukan bahwa semua sambungan menunjukkan perilaku rectifikasi dalam regime bias rendah karena keberadaan antarmuka di wilayah pencaran dan asimetri di sisi kiri dan kanan. Selain itu, efek rectifikasi sambungan menjadi nyata seiring dengan peningkatan jumlah sel primitif dalam bagian semikonduktor sambungan. Properti transport sambungan sangat bergantung pada nanopita semikonduktor bagian kanan. Fenomena ini dapat disebabkan oleh bandgap dekat level Fermi dari bagian semikonduktor. Probabilitas elektron melalui sambungan menjadi lebih kecil ketika semakin meningkat bandgap, yang menyebabkan arus sambungan berkurang dan rasio rectifikasi meningkat. Khususnya, rasio rectifikasi sambungan M10N dapat mencapai sekitar 240, yang dapat dibandingkan dengan heterosambungan yang telah dipelajari sebelumnya dengan grafen sebagai elektroda dan menunjukkan bahwa ia memiliki aplikasi potensial dalam perangkat rectifikasi [38]. Organisasi makalah ini adalah sebagai berikut. Dalam bagian “Model dan Metode Komputasi”, kami menjelaskan detail komputasi. Dalam bagian “Hasil dan Pembahasan”, kami menyajikan properti transport sambungan yang diusulkan. Terakhir, kami merangkum hasil kami dalam bagian “Kesimpulan.”
Model dan Metode Komputasi
Sel unit dari Z αBNR yang dipertimbangkan tanpa atau dengan modifikasi puncak tepi luar ditunjukkan di bagian atas Gambar 1, di mana (a) untuk Z αBNR yang tidak dipasivasi, (b–d) untuk Z αBNR dengan atom boron tepi luar sel yang dipasivasi oleh satu hidrogen (H), dua atom H dan diganti oleh atom nitrogen (N), yang masing-masing disebut 1H-Z αBNR, 2H-Z αBNR, dan N-Z αBNR. Dan dispersi energi elektron yang sesuai kemudian ditunjukkan di bagian bawah Gambar 1, dari mana kami dapat mengidentifikasi perbedaan struktur band untuk pita-pita itu. Dari Gambar 1a, beberapa band dari Z αBNR asli yang utuh melintasi level Fermi (EF), yang menunjukkan properti logam. Untuk 1H-Z αBNR, karena sebagian ikatan dengung sebagian diwarnai dengan atom H, jumlah band dekat EF lebih sedikit daripada yang tidak dipasivasi dan juga menunjukkan perilaku logam. Namun, untuk 2H-Z αBNR, EF bergerak ke celah antara band bonding dan antibonding karena ikatan dengung di tepi diwarnai dengan dua atom H. Oleh karena itu, 2H-Z αBNR adalah semikonduktor dengan bandgap langsung 0,43 eV di titik Γ seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1c. Kami menyebutkan bahwa hasil kami dari struktur band untuk pita yang dipasivasi H di sini sepakat dengan perhitungan numerik sebelumnya [37]. Selain itu, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1d, struktur band N-Z αBNR menunjukkan bahwa ia adalah semikonduktor dengan bandgap tidak langsung 1,0 eV. Ini mungkin disebabkan oleh substitusi N pada posisi atom B di tepi, yang membawa cukup elektron untuk mengisi orbit bonding.
Geometri sel unit (atas) dan struktur band (bawah) untuk a Z αBNR yang tidak dipasivasi, b 1H-Z αBNR, c 2H-Z αBNR, dan d N-Z αBNR, di mana level Fermi diatur ke nol, dan bola pink, magenta, dan putih masing-masing mewakili atom boron, nitrogen, dan hidrogen
Kami mendirikan tiga model heterosambungan lateral logam/semikonduktor berdasarkan Z αBNR di atas. Setiap model sambungan dibagi menjadi tiga bagian: elektroda kiri, elektroda kanan, dan wilayah pencaran pusat. Struktur geometri sambungan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2, di mana elektroda kiri selalu adalah Z αBNR yang panjang semi-infinitas tanpa penutupan atau 1H-Z αBNR, dan elektroda kanan adalah 2H- atau N-Z αBNR semikonduktor. Khususnya, wilayah pencaran pusat dari tiga sambungan adalah sel unit Z αBNR yang dipasangkan dengan n (n = 1, 2, 5, 8, 10) sel unit 2H-Z αBNR, 1H-Z αBNR yang dipasangkan dengan n sel 2H-Z αBNR, dan sel unit Z αBNR yang dipasangkan dengan n sel N-Z αBNR, masing-masing. Demikian pula, kami sesuai menamai mereka sebagai sambungan MnH, M’nH dan MnN, yang ditunjukkan dalam Gambar 2a–c, masing-masing. Perlu diperhatikan bahwa Gambar 2 hanya menunjukkan skema model dengan n = 1 dan kasus lain dari n dihilangkan untuk menghemat ruang.
Struktur geometri tiga jenis model sambungan yang diusulkan, di mana a untuk MnH, b untuk M’nH, dan c untuk MnN, di mana n mewakili jumlah sel unit dari bagian semikonduktor dalam wilayah pencaran pusat. Bingkiran besar (biru) putus-putus mewakili wilayah pencaran pusat di mana yang kecil menunjukkan sel unit
Perhitungan dilakukan menggunakan paket perangkat lunak Atomistix ToolKit (ATK), QuantumWise A/S (www.quantumwise.com), yang didasarkan pada DFT digabungkan dengan fungsi Green nonequilibrium Keldysh (NEGF) [39–41]. Fungsi Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) di bawah pendekatan gradien umum (GGA) digunakan untuk potensi pertukaran-korelasi. Zona Brillouin (BZ) di-sampling dengan menggunakan jaringan k Monkhorst-Pack 1×1×100, dan energi potong diatur ke 150 Ry. Struktur geometri semua heterosambungan direlax hingga nilai absolut gaya yang bekerja pada setiap atom kurang dari 0,01 eV Å−1. Untuk menghindari interaksi antara citra periodik, supercel setidaknya memiliki ketebalan lapisan vakum 15 Å.
Arus melalui heterosambungan di bawah tegangan bias V dihitung dengan rumus Landauer-Büttiker [42, 43]
di mana h, e, dan V masing-masing adalah konstanta Planck, muatan elementer, dan tegangan bias, dan fL/R(E,V) adalah fungsi distribusi Fermi-Dirac di elektroda kiri/kanan. Koefisien transmisi dihitung dengan
di mana G(E,V) dan G†(E,V) masing-masing menunjukkan fungsi Green retardasi dan maju, dan ΓL (ΓR) adalah matriks coupling antara wilayah pencaran pusat dengan elektroda kiri (kanan).
Hasil dan Pembahasan
Kurva arus–tegangan (I−V) yang dihitung dari heterosambungan MnH, M′nH, dan MnN dalam rentang bias −1,0 hingga 1,0 V ditampilkan dalam Gambar 3a–c, masing-masing. Dari kurva I−V ini, kami dapat dengan jelas melihat bahwa dengan peningkatan bias positif, arus meningkat dengan cepat di ketiga jenis sambungan. Namun, dengan peningkatan bias negatif, arus melalui sambungan meningkat lebih lambat. Kurva I−V memiliki karakteristik asimetri yang jelas di seluruh bias, yang berarti bahwa sambungan memiliki perilaku rectifikasi dalam rentang bias. Efek rectifikasi dalam heterosambungan terutama disebabkan oleh asimetri dari nanopita yang berbeda di sisi kiri dan kanan dan pembentukan antarmuka di wilayah pencaran pusat. Untuk mengevaluasi kekuatan perilaku rectifikasi, kami menggunakan data untuk kurva I−V untuk menghitung rasio rectifikasi (RR), yang didefinisikan sebagai RR (V)= |I(+V)|/|I(−V)|, di mana I(±V) mewakili arus di bawah bias positif dan negatif. RR yang dihitung dari ketiga jenis sambungan MnH, M′nH, dan MnN dalam rentang bias 0,1 V −0,5 V ditampilkan dalam Gambar 3d–f, masing-masing. Untuk tipe MnH, RR dari M1H hanya 3 pada 0,2 V sementara M10H dapat mencapai 115 pada bias yang sama. Demikian pula, untuk tipe M′nN pada bias 0,2 V, RR dari M′1H adalah 3 dan M′10H hingga 90. Lebih jauh, untuk tipe MnN, RR dari M1N adalah 2 pada 0,3 V sementara M10N mencapai hingga 240. Lebih jauh, dengan observasi yang hati-hati pada Gambar 3, kami menemukan bahwa magnitudo arus dan RR dapat dikontrol dengan mengubah ukuran bagian semikonduktor sambungan. Secara spesifik, satu sisi, arus dalam sambungan berkurang dengan bertambahnya jumlah sel primitif dari bagian semikonduktor. Sisi lain, RR meningkat secara signifikan dengan bertambahnya jumlah sel primitif. Karena sisi kanan heterosambungan adalah nanopita semikonduktor dengan bandgap, probabilitas penjelahan elektron menurun secara eksponensial seiring bertambahnya panjang semikonduktor. Akibatnya, dalam heterosambungan MnH, M′nH, dan MnN, seiring bertambahnya n, RR meningkat secara signifikan. Hasil ini sepakat dengan studi sebelumnya tentang heterosambungan berbasis materi 2D lainnya [44–46].
Karakteristik I-V dan rasio rectifikasi untuk tiga jenis heterosambungan, di mana a–c masing-masing sesuai dengan kurva I-V untuk sambungan MnH, M′nH, dan MnN (n = 1, 2, 5, 8, 10) dalam rentang bias (−1,1) V. Inset dalam c adalah kurva I-V yang diperbesar dari MnN dalam rentang bias. d–f Rasio rectifikasi yang dihitung secara sesuai dari data I-V
Membandingkan kurva I−V dan RR di antara tiga jenis heterosambungan yang ditunjukkan dalam Gambar 3, kami menemukan bahwa variasi kurva I−V dan RR untuk MnH dan M′nH memiliki tren yang serupa. Namun, untuk MnN sangat berbeda. Untuk menjelaskan perbedaan dalam properti transport dari tiga jenis sambungan, kami telah menghitung spektrum transmisi di bawah bias nol yang ditunjukkan dalam Gambar 4, di mana struktur band dari elektroda kiri dan kanan disertakan. Dari spektrum transmisi ini, seseorang dapat melihat bahwa semua sambungan memiliki celah transmisi dekat level Fermi, di mana kami menggunakan garis titik magenta untuk menunjukkan posisi celah. Alasan keberadaan celah transmisi adalah bahwa struktur band dari elektroda kanan memiliki celah dekat level Fermi. Jadi, struktur band dari elektroda kiri dan kanan tidak cocok, menyebabkan saluran transport tertutup, dan elektron dari elektroda kiri tidak dapat mencapai elektroda kanan. Ini juga adalah asal fisik dari arus lemah pada bias rendah. Selain itu, perbandingan Gambar 4a, b dan Gambar 4a, c menunjukkan bahwa spektrum transmisi dari MnH dan M′nH di bawah bias nol memiliki tren yang serupa; namun, tren dari MnH dan MnN sangat berbeda. Ini ditentukan oleh tingkat kecocokan struktur band elektroda kiri dan kanan dekat level Fermi. Pita logam kiri dari sambungan M′nH berubah dari Z αBNR menjadi 1H-Z αBNR dibandingkan dengan MnH. Tingkat kecocokan antara elektroda kiri dan kanan dekat level Fermi hampir tidak berubah. Namun, untuk MnN, pita semikonduktor kanan berubah dari 2H-Z αBNR menjadi N-Z αBNR dibandingkan dengan MnH. Bandgap meningkat dari 0,43 eV menjadi 1,0 eV, yang menghasilkan penurunan dalam tingkat kecocokan elektroda kiri dan kanan dekat level Fermi. Oleh karena itu, properti transport dari MnH dan M′nH hampir sama, sementara MnH dan MnN jelas berbeda. Hasil ini menunjukkan bahwa mengubah pita logam bagian kiri memiliki efek kecil terhadap properti transport sambungan; namun, mengubah pita semikonduktor bagian kanan memiliki pengaruh besar padanya.
Struktur band dari elektroda kiri dan kanan, di mana level Fermi diatur ke nol dan garis putus-putus magenta menunjukkan bandgap dari elektroda semikonduktor kanan. Spektrum transmisi pada bias nol untuk heterosambungan a MnH, b M′nH, dan c MnN dengan n=1 (garis putus-putus merah), 5 (garis putus-putus biru), dan 10 (garis solid hijau) masing-masing ditampilkan di bagian tengah setiap gambar, masing-masing
Untuk lebih memahami detail perilaku rectifikasi untuk heterosambungan, kami telah menghitung spektrum transmisi pada beberapa bias tertentu, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5, di mana bagian atas/bawah menunjukkan spektrum transmisi sambungan di bawah bias positif/negatif. Menurut rumus Landauer-Büttiker, kami tahu bahwa arus dalam sambungan secara langsung terkait dengan luas terintegrasi dari spektrum transmisi dalam jendela bias [47–49]. Dari spektrum transmisi yang ditunjukkan dalam Gambar 5, kami dapat melihat bahwa ketiga jenis model memiliki tren yang sama. Dalam jendela bias, luas terintegrasi dari spektrum transmisi berkurang seiring bertambahnya jumlah sel primitif dalam bagian semikonduktor. Inilah mengapa arus dalam heterosambungan berkurang seiring bertambahnya sel dalam bagian semikonduktor, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3. Gambar 5a menunjukkan spektrum transmisi dari heterosambungan MnH pada ± 0,3 V. Untuk M1H, luas integral dari spektrum transmisi dalam jendela bias pada 0,3 V hanya sedikit lebih besar dari −0,3 V. Oleh karena itu, arus pada 0,3 V hanya sedikit lebih tinggi dari −0,3 V, dan RR hanya 3 pada bias 0,3 V. Namun, untuk M5H dan M10H, luas integral dari spektrum transmisi di bawah bias positif dalam jendela bias jauh lebih besar dari di bawah bias negatif. Ini menyebabkan arus dari M5H dan M10H di bawah bias positif lebih besar dari di bawah bias negatif, dan RR jauh lebih besar dari M1H. Gambar 5b menunjukkan spektrum transmisi dari M′nH pada ± 0,3 V. Dari gambar, seseorang dapat melihat bahwa spektrum transmisi dari M′nH dalam jendela bias hampir sama dengan MnH. Oleh karena itu, di bawah tegangan bias yang sama, arus dan RR dari M′nH dan MnH hampir sama [lihat Gambar 3b, e]. Spektrum transmisi dari MnN pada ±0,9 V ditampilkan dalam Gambar 5c. Karena koefisien transmisi dalam jendela bias terlalu kecil, kami memperbesar spektrum transmisi dalam jendela bias dan melampirkannya sebagai inset di sisi kanan bawah Gambar 5c. Tren spektrum transmisi M1N dalam jendela bias mirip dengan M1H dan M′1H. Oleh karena itu, RR dari M1N juga kecil. Untuk M5N dan M10N, luas integral dari spektrum transmisi di bawah bias positif dalam jendela bias jauh lebih besar dari area di bawah bias negatif. Oleh karena itu, dibandingkan dengan M1N, karakteristik asimetri dari kurva I−V ini lebih jelas. Ini menyiratkan bahwa mereka memiliki rasio rectifikasi yang besar. Perlu disebutkan bahwa RR dari M10N dapat mencapai 240, yang terbaik di antara ketiga jenis heterosambungan.
Spektrum transmisi untuk heterosambungan a MnH pada bias ± 0,3 V, b M′nH pada bias ± 0,3 V, dan c MnN pada bias ± 0,9 V dengan pilihan yang sama dari n dalam warna garis untuk Gambar 4, di mana dalam setiap gambar bagian atas/bawah untuk transmisi pada bias positif/negatif. Dua garis vertikal (magenta) solid menunjukkan jendela bias. Inset dalam Gambar 5c adalah perbesaran spektrum transmisi dalam jendela bias
Untuk menjelaskan lebih intuitif spektrum transmisi dalam Gambar 5, kami menunjukkan status eigen transmisi dari M5H dan M′5H pada V = 0,3 V, E = −0,15 eV, dan V = −0,3 V, E = 0,15 eV dalam Gambar 6a dan b, masing-masing. Dan status eigen transmisi dari M5N pada V = 0,9 V, E = −0,45 eV, dan V = −0,9 V, E = 0,45 eV ditampilkan dalam Gambar 6c [15, 16, 49]. Analisis status eigen transmisi dapat diperoleh dengan menggabungkan secara linier keadaan Bloch yang menyebar \(\sum _{m}C_{a,m}\psi _{m}\). Ca,m dapat diperoleh dari diagonalisasi matriks transmisi, yaitu, \({\sum \nolimits }_{n}T_{mn}C_{a,n}\)= λaCa,m, di mana λa adalah eigenvalue transmisi. Seperti yang dapat dilihat dari Gambar 6, untuk semua heterosambungan, status eigen transmisi di bawah bias negatif terletak di bagian logam (Z αBNR yang tidak dipasivasi dan 1H-Z αBNR). Pada bias positif, status eigen transmisi sebagian besar terlokalisasi di bagian kiri. Namun, ia membentuk saluran transmisi dalam heterosambungan. Elektron dapat ditransfer dari elektroda kiri ke elektroda kanan. Oleh karena itu, dalam jendela bias, koefisien transmisi di bawah bias positif lebih besar dari di bawah bias negatif. Dengan membandingkan Gambar 6a dengan b, seseorang dapat melihat bahwa status eigen transmisi dari M′5H dan M5H hanya sedikit berbeda. Jadi, heterosambungan M′5H dan M5H memiliki koefisien transmisi yang hampir sama dalam jendela bias. Selain itu, untuk M5N, karena bandgap dari bagian semikonduktor meningkat, yang menghasilkan pencaran elektron yang lebih dramatis dalam heterosambungan. Oleh karena itu, hanya beberapa status eigen transmisi yang dapat ditransmisikan ke sisi kanan. Ini menyebabkan koefisien transmisi dari MnN dalam jendela bias lebih kecil dari heterosambungan tipe lain. Sementara itu, pada bias yang sama, arus dari MnN adalah terkecil di antara ketiga jenis heterosambungan.
Status eigen transmisi untuk heterosambungan a M5H pada bias −0,3 V dengan E=0,15 eV (atas) dan pada bias 0,3 V dengan E=−0,15 eV (bawah), b M′5H pada −0,3 V dengan E=0,15 V dan pada 0,3 V dengan E=−0,15 eV, dan c M5N pada bias=−0,9 V dengan E=0,45 eV dan pada 0,9 V dengan E=−0,45 eV, masing-masing. Nilai isovalue diatur pada 0,2 Å−3 eV−1 untuk semua status eigen
Akhirnya, untuk lebih jauh mengeksplorasi efek nanopita kiri dan kanan terhadap properti transport dengan heterosambungan, Gambar 7 menunjukkan kepadatan keadaan terproyeksi (PDOS) dari ketiga jenis heterosambungan. Dari Gambar 7a, seseorang dapat melihat bahwa spektrum PDOS yang diumburkan oleh elektroda kiri (Z αBNR yang tidak dipasivasi) dari sambungan M1H, M5H, dan M10H tumpang tindih satu sama lain dekat dengan level Fermi. Ini menunjukkan bahwa PDOS yang diumburkan oleh elektroda kiri hampir tidak terpengaruh oleh perpanjangan nanopita semikonduktor (2H-Z αBNR) di wilayah pencaran pusat. Namun, spektrum PDOS yang diumburkan oleh elektroda kanan (2H-Z αBNR) memiliki celah dekat level Fermi. Ini disebabkan oleh bandgap dekat level Fermi dari elektroda kanan [lihat Gambar 3c]. Dipengaruhi oleh perpanjangan wilayah pencaran menengah 2H-Z αBNR, spektrum PDOS yang diumburkan oleh elektroda kanan dari sambungan M1H, M5H, dan M10H sangat berbeda satu sama lain dalam rentang energi di luar bandgap. Karena tidak ada perbedaan penting antara kedua elektroda untuk heterosambungan M′nH dan MnH, elektroda kanan sama dan elektroda kiri adalah pita logam. Jadi, PDOS dari M′nH dan MnH hampir sama dekat level Fermi, seperti yang ditampilkan dalam Gambar 7a, b. Ini adalah salah satu alasan mengapa spektrum transmisi, kurva I−V dan RR dari MnH dan M′nH serupa pada bias rendah [lihat Gambar 3 dan 5]. Dalam Gambar 7c, kami menyajikan PDOS dari MnN. Karena bandgap dari bagian semikonduktor dalam heterosambungan meningkat, efek elektroda kiri terhadap properti transmisi menjadi lebih kecil. Oleh karena itu, PDOS tumpang tindih satu sama lain dalam rentang energi yang lebih besar dekat level Fermi. Spektrum PDOS yang diumburkan oleh elektroda kanan memiliki celah dalam rentang energi (−0,5, 0,5) eV. Mereka sepakat dengan posisi celah dengan struktur band N−ZBNR. Dari PDOS, kami dapat menyimpulkan bahwa elektroda logam sisi kiri memiliki efek kecil terhadap properti transport dari wilayah pencaran menengah. Namun, elektroda bagian semikonduktor di kanan sangat krusial untuk properti transport dari wilayah pencaran menengah.
Kepadatan keadaan terproyeksi (PDOS) dari elektroda ZBNR kiri yang tidak dipasivasi (atas) dan elektroda kanan (1H-Z αBNR, 2H −ZBNR, atau N-Z αBNR) (bawah) untuk a MnH, b M′nH, dan c MnN dengan pilihan yang sama dari n dalam warna garis untuk Gambar 5, masing-masing
Kesimpulan
Secara ringkasan, kami telah mempelajari properti transport dari tiga jenis heterosambungan berbasis α−borofen. Kami menemukan bahwa ketiga jenis heterosambungan menunjukkan perilaku rectifikasi, di antaranya rasio rectifikasi heterosambungan Z αBNR/N-Z αBNR dapat mencapai hingga 240. Selain itu, seiring bertambahnya jumlah sel unit dalam bagian semikonduktor pusat, efek rectifikasi menjadi lebih jelas. Asal dari perilaku rectifikasi diungkapkan dan dibahas dengan menganalisis spektrum transmisi dan status eigen di bawah bias positif/negatif. Perilaku rectifikasi dari heterosambungan sangat tergantung pada nilai bandgap dari nanopita dalam bagian semikonduktor. Kesimpulan ini lebih dikonfirmasi dengan menganalisis PDOS yang diumburkan oleh elektroda kiri dan kanan. Hasil kami memberikan garis baru untuk desain perangkat elektronik rectifikasi.
Ketersediaan Data dan Bahan
Desain nanosambungan dan perhitungan komputasi dilakukan menggunakan ATK.
Singkatan
2D:
Dua dimensi
TMD:
Dalkogenida logam transisi
GMR:
Magneto resistansi raksasa
NDR:
Resistansi diferensial negatif
DFT:
Teori fungsi kepadatan
Z αBNR:
Nanopita borofen α tepi zigzag
H:
Atom hidrogen
N:
Atom nitrogen
1H-Z αBNR:
Z αBNR dengan tepi yang dipasivasi oleh satu hidrogen
2H-Z αBNR:
Z αBNR dengan tepi yang dipasivasi oleh dua atom hidrogen
N-Z αBNR:
Z αBNR dengan atom boron tepi diganti oleh atom nitrogen
