Индуцированная полоса запрещённых энергий и магнитные свойства в нанолентах графена типа зигзаг на гексагональном нитриде бора: эффекты края и подложки

Автор: Илясов Виктор Васильевич, Месхи Бесарион Чохоевич, Нгуен Ван Чыонг, Нгуен Дык Чиен

Журнал: Вестник Донского государственного технического университета @vestnik-donstu

Статья в выпуске: 7-8 (75) т.13, 2013 года.

Бесплатный доступ

Методом теории функционала плотности изучена зонная структура графеновых нанолент типа зигзаг N-ZGNR/h-BN(0001) с ферро- и антиферромагнитным типами упорядочения как возможная база новых материалов для спинтроники. С использованием теории функционала плотности установлены равновесные параметры атомной структуры нанолент графена и верхнего слоя нитрида бора, а также равновесная длина связи между атомными слоями наноленты 8-ZGNR и подложки h-BN(0001). Изучены закономерности изменения электронной структуры валентной полосы и индуцирования энергетической щели в ряду 6-ZGNR→ 8-ZGNR→6-ZGNR/h-BN(0001)→8-ZGNR/h-BN(0001)→графен/h-BN(0001). Обсуждаются особенности спинового состояния на уровне Ферми, а также роли краевого эффекта и эффекта подложки в открытии энергетической щели в системах 6(8)-ZGNR/h-BN(0001). Показано, что в системах 6(8)-ZGNR/h-BN(0001) открывается энергетическая щель величиной более 340 мэВ. Дифференцированы вклады эффектов края наноленты графена и подложки в формирование данной щели. Оценены локальные магнитные моменты на атомах углерода в нанолентах графена в подвешенном состоянии и на подложке для ферро- и антиферромагнитного упорядочений. Показано, что локальные магнитные моменты на атомах углерода в нанолентах графена типа зигзаг 8-ZGNRs с ферро- и антиферромагнитным упорядочением дают сопоставимые значения. Крайние атомы углерода имеют наибольшие локальные магнитные моменты (0,28 μ В) относительно остальных атомов углерода.

Еще

Зонная структура, гексагональный нитрид бора, наноленты графена типа зигзаг, магнитные моменты, электронные свойства

Короткий адрес: https://sciup.org/14250031

IDR: 14250031 | DOI: 10.12737/2023

Список литературы Индуцированная полоса запрещённых энергий и магнитные свойства в нанолентах графена типа зигзаг на гексагональном нитриде бора: эффекты края и подложки

Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films/K. S. Novoselov [et al.]//Science. -2004. -Vol. 306. -Pp. 666-669.
Resonant tunneling diodes based on grapheme/h-BN heterostructure/V. Hung Nguyen [et al.]//Journal of Physics D: Applied Physics. -2012. -Vol. 45. -Pp. 325104-1-5.
Ilyasov, V. V. Surface states and adsorption energy of carbon in interface of the two-dimensional grapheme/Al2O3(0001) system/V. V. Ilyasov, I. V. Ershov//Physics of the Solid State. -2012. -Vol. 54, № 11. -Pp. 2332-2340.
Substrate-induced bandgap in grapheme on hexagonal boron nitride/G. Giovanetti [et al.]//Physical Review B: Condensed Matter. -2007. -Vol. 76. -Pp. 073103-073107.
Graphene on metals: A van der Waals density fuctional study/M. Vanin [et al.]//Physical Review B. -2010. -Vol. 81. -P. 081408R-1-4.
Tuning the magnetic moment in zigzag graphene nanoribbons: Effects of metal substrates/Jingzhe Chen [et al.]//Physical Review. -2012. -Vol. 86. -Pp. 075146-1-6.
Гричук, Е. С. Транспорт электронов и спинов в адиабатическом квантовом насосе на основе графеновых нанолент/Е. С. Гричук, Э. А. Маныкин//Журнал экспериментальной и теоретической физики. -2011. -Т. 140, вып. 4 (10). -С. 801-813.
Wakabayashi, K. Nanoscale and edge effect on electronic properties of grapheme/Katsunori Wakabayashi, Sudipta Dutta//Solid State Commun. -2012. -Vol. 152. -Pp. 1420-1430.
Ab initio theory of gate induced gaps in graphene bilayers/H. Min [et al.]//Physical Review B: Condensed Matter. -2007. -Vol. 75 (15). -Pp. 155115-155121.
Fermi surface and edge-localized states in graphite studied by high-resolution angle-resolved photoemission spectroscopy/K. Sugawara [et al.]//Physical Review B. -2006. -Vol. 73. -Pp. 045124-045128.
Quasifreestranding single-layer hexagonal boron nitride as a substrate for graphene synthesis/D. Usachov [et al.]//Physical Review B. -2010. -Vol. 82. -Pp. 075415-1-6.
Edge state in grapheme ribbons: Nanometer size effect and edge shape dependence/K. Nakada [et al.]//Physical Review B. -1996. -Vol. 54. -Pp. 17954-17961.
Kobayashi, K. Electronic structure of a stepped graphite surface/K. Kobayashi//Physical Review B. -1993. -Vol. 48. -Pp. 1757-1760.
Peculiar localized state at zigzag graphite edge/M. Fujita [et al.]//Journal of The Physical Society of Japan. -1996. -Vol. 65, № 7. -Pp. 1920-1923.
Intrinsic and Extrinsic Performance Limits of Graphene Devices on SiO2/J. H. Chen [et al.]//Nature Nanotechnology. -2008. -Vol. 3. -Pp. 206-209.
100-GHz transistor from wafer-scale epitaxial grapheme/Y-M. Lin [et al.]//Science. -2010. -Vol. 327. -P. 662.
Effect of a high-k environment on charge carrier mobility in grapheme/L. A. Ponomarenko [et al.]//Physical Review Letters. -2009. -Vol. 102. -Pp. 206603-1-4.
A transfer technique for high mobility graphene devices on commercially available hexagonal boron nitride/P.-J. Zomer [et al.]//Applied Physics Letters. -2011. -Vol. 99. -Pp. 232104-232107.
Boron nitride substrates for high quality grapheme electronics/C.-R. Dean [et al.]//Nature Nanotechnology. -2010. -Vol. 5. -Pp. 722-726.
Chemical vapor deposition synthesis of grapheme on copper with methanol, ethanol, and propanol/A. Guermoune [et al.]//Carbon. -2011. -Vol. 49. -Pp. 4204-4210.
Quantum Espresso: a modular and open-source software project for quantum simulations of materials/P. Giannozzi [et al.]//Journal of Physics: Condensed Matter. -2009. -Vol. 21. -Pp. 395502-395521.
Hohonberg, P. Inhomogeneous electron gas/P. Hohonberg, W. Kohn//Physical Review B. -1964. -Vol. 136. -Pp. 864-871.
Kohn, W. Self-Consistent Equations Including Exchange and Correlation Effects/W. Kohn, L.-J. Sham//Physical Review A. -1965. -Vol. 140. -Pp. 1133-1138.
Corso, A.-D. Density-functional perturbation theory for lattice dynamics with ultrasoft pseudopotentials/A.-D. Corso, A. Pasquarello, A. Baldereschi//Physical Review B. -1997. -Vol. 56. -Pp. R11 369-372.
First principle calculations of the electronic properties of nitrogen-doped carbon nanoribbons with zigzag edges/S.-S. Yu [et al.]//Carbon. -2008. -Vol. 46. -Pp. 537-543.
Electronic and magnetic properties of zigzag graphene nanoribbons on the (111) surface of Cu, Ag and Au [Электронный ресурс]/Y. Li [et al.]//http://arxiv.org/list/cond-mat.meshall/arXiv: 1210.2876v1. -2012. -10 Oct. (дата обращения: 11.04.2013).
Materials for spintronics: magnetic and transport properties of ultrathin (monolayer graphene)/MnO(001) and MnO(001) films/Ilyasov V. [et al.]//Journal of Modern Physics. -2011. -Vol. 2. -Pp. 1120-1135.
Jiang, D. Unique chemical reactivity of a graphene nanoribbon's zigzag edge/D. Jiang, B.-G. Sumpter, S. Dai//Journal of Chemical Physics. -2007. -Vol. 126. -Pp. 134701-134707.

Еще

Статья научная