Lê Thị Thuý My , Hồ Quốc Duy , Ca Nguyễn Anh Khoa , Trương Quốc Tuấn , Trương Anh Quân Huỳnh Anh Huy *

* Tác giả liên hệ (hahuy@ctu.edu.vn)

Abstract

We use density functional theory based on tight-binding (DFTB) to study the electronic structure of penta-silicene nanoribbons with different bandwidths. The penta-silicene series created by cutting from the penta-silicene film after relaxing, we obtain four types of edges: sawtooth (SS), zigzag - zigzag (ZZ), armchair - armchair (AA), zigzag - armchair (ZA). However, penta–silicene is not stable. The kinetic stability of penta-silicene is restored by hydrogen bonding to the surface. The results of the boundary energy calculations showed that forming a penta-silicene series from the 2D film is potential. In addition, the binding energy calculation shows that the SS boundary form has the most stable structure. The electronic structure of penta-silicene was checked and found that all boundary forms have band gaps, and as the band-width increases, the band gap decreases.

Keywords: Electronic structure, molecular dynamics simulation, penta-silicene, DFTB method

Tóm tắt

Lý thuyết phiếm hàm mật độ dựa trên liên kết mạnh (DFTB) được sử dụng để nghiên cứu cấu trúc điện tử của dãy penta-silicene với độ rộng dãy khác nhau. Dãy penta-silicene tạo ra bằng cách cắt từ màng penta-silicene sau khi hồi phục, bốn loại biên thu được gồm: răng cưa (SS), zigzag - zigzag (ZZ), armchair - armchair (AA), zigzag - armchair (ZA). Tuy nhiên, penta–silicene không ổn định. Sự ổn định động học của penta –silicene được khôi phục lại bằng cách gắn Hidro lên bề mặt. Qua kết quả tính toán năng lượng biên, việc hình thành dãy penta-silicene từ màng 2D là khả thi. Thêm vào đó, dựa trên tính toán năng lượng liên kết, dạng biên SS có cấu trúc ổn định nhất. Cấu trúc điện tử của penta –silicene cũng được nghiên cứu, kết quả là tìm thấy được tất cả dạng biên đều tồn tại vùng cấm và khi độ rộng dãy tăng lên thì độ rộng vùng cấm giảm.

Từ khóa: Cấu trúc điện tử, mô phỏng động lực học phân tử, penta-silicene, phương pháp DFTB

Article Details

Tài liệu tham khảo

Cahangirov, S., Topsakal, M., Aktürk, E., Şahin, H., & Ciraci, S. (2009). Two- and One-Dimensional Honeycomb Structures of Silicon and Germanium. Physical Review Letters, 102(23), 236804. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.102.236804

Ding, Y., & Wang, Y. (2015). Hydrogen-induced stabilization and tunable electronic structures of penta-silicene: a computational study [10.1039/C5TC02504D]. Journal of Materials Chemistry C, 3(43), 11341-11348. https://doi.org/10.1039/C5TC02504D

Drummond, N. D., Zólyomi, V., & Fal'ko, V. I. (2012). Electrically tunable band gap in silicene. Physical Review B, 85(7), 075423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.85.075423

Gao, J., Zhang, J., Liu, H., Zhang, Q., & Zhao, J. (2013). Structures, mobilities, electronic and magnetic properties of point defects in silicene [10.1039/C3NR02826G]. Nanoscale, 5(20), 9785-9792. https://doi.org/10.1039/C3NR02826G

Geim, A. K. (2009). Graphene: status and prospects. science, 324(5934), 1530-1534. https://doi.org/10.1126/science.1158877

Li, X., Dai, Y., Li, M., Wei, W., & Huang, B. (2015). Stable Si-based pentagonal monolayers: high carrier mobilities and applications in photocatalytic water splitting [10.1039/C5TA05770A]. Journal of Materials Chemistry A, 3(47), 24055-24063. https://doi.org/10.1039/C5TA05770A

Novoselov, K. S., Mishchenko, A., Carvalho, A., & Castro Neto, A. H. (2016). 2D materials and van der Waals heterostructures. science, 353(6298), aac9439.
https://doi.org/10.1126/science.aac9439

Qiao, M., Wang, Y., Li, Y., & Chen, Z. (2017). Tetra-silicene: A Semiconducting Allotrope of Silicene with Negative Poisson’s Ratios. The Journal of Physical Chemistry C, 121(17), 9627-9633.
https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b02413

Rajbanshi, B., Sarkar, S., Mandal, B., & Sarkar, P. (2016). Energetic and electronic structure of penta-graphene nanoribbons. Carbon, 100(C), 118-125. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.01.014

Wu, D., Wang, S., Zhang, S., Liu, Y., Ding, Y., Yang, B., & Chen, H. (2019). Stabilization of two-dimensional penta-silicene for flexible lithium-ion battery anodes via surface chemistry reconfiguration [10.1039/C8CP05008B]. Physical Chemistry Chemical Physics, 21(3), 1029-1037. https://doi.org/10.1039/C8CP05008B

Yuan, P. F., Zhang, Z. H., Fan, Z. Q., & Qiu, M. (2017). Electronic structure and magnetic properties of penta-graphene nanoribbons [10.1039/C7CP00029D]. Physical Chemistry Chemical Physics, 19(14), 9528-9536. https://doi.org/10.1039/C7CP00029D

Zaminpayma, E., & Nayebi, P. (2016). Band gap engineering in silicene: A theoretical study of density functional tight-binding theory. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 84, 555-563. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.physe.2016.06.016