Ảnh hưởng của hình thái và yếu tố tôi hóa lên đặc tính điện tử và phổ hấp thụ của chấm lượng tử penta-graphene
,
,
,
,
và
*
Article Sidebar
Full Text: 
PDF
Abstract
In this study, electronic and optical properties of the penta-graphene quantum dots (PGQD) with different morphology are investigated by using the density functional theory. The result shows that H-ZZ-36 is the best stable structure with optical absorption peaks in the ultraviolet region of 320 nm. This structure with various edge-functionalized groups including Silicon (Si), Phosphorus (P), Oxygen (O) and Fluorine (F), the band gap is narrowed than that of edge functionalized PGQD with Hydrogen (H). Furthermore, optical absorption peaks of Si-ZZ-36, P-ZZ-36, O-ZZ-36 and F-ZZ-36 shift to the visible light range of 350 nm and 760 nm or those belong to the near-infrared region. In results, changing the passivation factor is one of the useful methods to develop applications of penta-graphene quantum dots in optoelectronic devices.
Tóm tắt
Trong nghiên cứu này, tính chất điện tử và tính chất quang của chấm lượng tử penta-graphene với hình thái khác nhau được khảo sát bởi việc sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ. Kết quả nghiên cứu cho thấy, H-ZZ-36 là cấu trúc ổn định nhất với đỉnh phổ hấp thụ khoảng 320 nm ở vùng tử ngoại. Khi cấu trúc này được tôi hóa biên lần lượt bằng các nguyên tử Silicon (Si), Phosphorus (P), Oxygen (O) và Fluorine (F), độ rộng vùng cấm được thu hẹp so với việc tôi hóa biên bởi nguyên tử Hydrogen (H). Thêm vào đó, đỉnh phổ hấp thụ của các cấu trúc trên dịch chuyển về vùng khả kiến với bước sóng tương ứng từ 350 nM đến 760 nM hoặc đỉnh hấp thụ nằm trong vùng hồng ngoại gần. Điều này cho thấy, thay đổi yếu tố tôi hóa là một trong những phương pháp hữu ích để phát triển những ứng dụng của chấm lượng tử penta-graphene trong các thiết bị quang điện tử.
Article Details
Tài liệu tham khảo
Berdiyorov, G. R., Dixit, G., & Madjet, M. E. (2016). Band gap engineering in penta-graphene by substitutional doping: first-principles calculations. Journal of Physics: Condensed Matter, 28(47), 475001. https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/47/475001
Cheng, M. Q., Chen, Q., Yang, K., Huang, W. Q., Hu, W. Y., & Huang, G. F. (2019). Penta-graphene as a potential gas sensor for NOx detection. Nanoscale Research Letters, 14(1), 1-8. https://doi.org/10.1186/s11671-019-3142-4
Dai, X. S., Shen, T., Feng, Y., & Liu, H. C. (2019). Structure, electronic and optical properties of Al, Si, P doped penta-graphene: A first-principles study. Physica B: Condensed Matter, 574, 411660. https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411660
De Sousa, J. M., Aguiar, A. L., Girão, E. C., Fonseca, A. F., Souza Filho, A. G., & Galvão, D. S. (2021). Computational study of elastic, structural stability and dynamics properties of penta-graphene membrane. Chemical Physics, 542, 111052. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2020.111052
Ekimov, A. I., Efros, A. L., & Onushchenko, A. A. (1985). Quantum size effect in semiconductor microcrystals. Solid State Communications, 56(11), 921-924. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(85)80025-9
Feng, J., Dong, H., Pang, B., Chen, Y., Yu, L., & Dong, L. (2019). Tuning the electronic and optical properties of graphene quantum dots by selective boronization. Journal of Materials Chemistry C, 7(2), 237-246. https://doi.org/10.1039/C8TC03863E
Feng, J., Guo, Q., Liu, H., Chen, D., Tian, Z., Xia, F., Ma, S., Zu, L., & Dong, L. (2019). Theoretical insights into tunable optical and electronic properties of graphene quantum dots through phosphorization. Carbon, 155, 491-498. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2019.09.009
Feng, J., Guo, Q., Song, N., Liu, H., Dong, H., Chen, Y., Yu, L., & Dong, L. (2021). Density functional theory study on optical and electronic properties of co-doped graphene quantum dots based on different nitrogen doping patterns. Diamond and Related Materials, 113, 108264. https://doi.org/10.1016/j.diamond.2021.108264
Li, Y., Shu, H., Niu, X., & Wang, J. (2015). Electronic and optical properties of edge-functionalized graphene quantum dots and the underlying mechanism. The Journal of Physical Chemistry C, 119(44), 24950-24957. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b05935
Liu, Q., Sun, J., Gao, K., Chen, N., Sun, X., Ti, D., Bai, C., Cui, R. & Qu, L., (2020). Graphene quantum dots for energy storage and conversion: from fabrication to applications. Materials Chemistry Frontiers, 4(2), 421-436. https://doi.org/10.1039/C9QM00553F
Maxwell, T., Campos, M. G. N., Smith, S., Doomra, M., Thwin, Z., & Santra, S. (2020). Quantum Dots. In Nanoparticles for Biomedical Applications, 243-265. Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-816662-8.00015-1
Moreau, E., Robert, I., Manin, L., Thierry-Mieg, V., Gérard, J. M., & Abram, I. (2001). Quantum cascade of photons in semiconductor quantum dots. Physical Review Letters, 87(18), 183601. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.87.183601
Petroff, P. M. (2003). Epitaxial growth and electronic structure of self-assembled quantum dots. Single Quantum Dots, 1-24. https://doi.org/10.1007/978-3-540-39180-7_1
Reed, M., Randall J., Aggarwal, R., Matyi, R., Moore, T., & Wetsel, A. (1988). Observation of discrete electronic states in a zero-dimensional semiconductor nanostructure. Physical Review Letters, 60, 535. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.60.535
Santos, R. M. D., Sousa, L. E. D., Galvão, D. S., & Ribeiro, L. A. (2020). Tuning penta-graphene electronic properties through engineered line defects. Scientific reports, 10(1), 1-8. https://doi.org/10.1038/s41598-020-64791-x
Shunhong, Z., Jian, Z., Qian, W., Xiaoshuang, C., Yoshiyuki, K., & Puru, J. (2015). Penta-graphene: A new carbon allotrope. Radioelectronics. Nano systems. Information Technologies, 7(2), 191-207. https://doi.org/10.17725/rensit.2015.07.191
Singh, D., Gupta, S. K., Sonvane, Y., & Lukačević, I. (2016). Antimonene: a monolayer material for ultraviolet optical nanodevices. Journal of Materials Chemistry C, 4(26), 6386-6390. https://doi.org/10.1039/C6TC01913G
Sohal, N., Maity, B., & Basu, S. (2021). Recent advances in heteroatom-doped graphene quantum dots for sensing applications. RSC Advances, 11(41), 25586-25615. https://doi.org/10.1039/D1RA04248C
Tien, N. T., Thao, P. T. B., Phuc, V. T., & Ahuja, R. (2019). Electronic and transport features of sawtooth penta-graphene nanoribbons via substitutional doping. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 114, 113572. https://doi.org/10.1016/j.physe.2019.113572
Tien, N. T., Thao, P. T. B., Phuc, V. T., & Ahuja, R. (2020). Influence of edge termination on the electronic and transport properties of sawtooth penta-graphene nanoribbons. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 146, 109528. https://doi.org/10.1016/j.jpcs.2020.109528
Tien, N. T., Thuan, L. V. P. & Mi, T. Y. (2021). An ab initio study of small gas molecule adsorption on the edge of N-doped sawtooth penta-graphene nanoribbons. Papers in physics, 13, 130003-130003. https://doi.org/10.4279/pip.130003
Vu, T. T., & Tran, V. T. (2020). Tight-binding description for the electronic band structure of penta-graphene. Semiconductor Science and Technology, 35(9), 095037. https://doi.org/10.1088/1361-6641/ab98d9
Yan, Y., Gong, J., Chen, J., Zeng, Z., Huang, W., Pu, K., Liu, J., & Chen, P. (2019). Recent advances on graphene quantum dots: from chemistry and physics to applications. Advanced Materials, 31(21), 1808283. https://doi.org/10.1002/adma.201808283
Yoon, H., Chang, Y. H., Song, S. H., Lee, E. S., Jin, S. H., Park, C., Lee J., Kim., B. H., Kang, H. J., Kim, Y. H., & Jeon, S. (2016). Intrinsic photoluminescence emission from subdomained graphene quantum dots. Advanced Materials, 28(26), 5255-5261. https://doi.org/10.1002/adma.201600616
Yuan, P. F., Zhang, Z. H., Fan, Z. Q., & Qiu, M. (2017). Electronic structure and magnetic properties of penta-graphene nanoribbons. Physical Chemistry Chemical Physics, 19(14), 9528-9536. https://doi.org/10.1039/C7CP00029D