bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2023-21-2-21-26bsuir-3596Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSВлияние электрического поля на свойства гидрированного графенаInfluence of the Electric Field on the Properties of Hydrogenated GrapheneМуравьёвВ. В.MuravyovV. V.

чл.-кор. Национальной академии наук Беларуси, д. т. н., профессор

Минск

Corr. Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. of Sci. (Eng.), Professor

Minsk

МищенкоВ. Н.MishchenkaV. N.

Мищенко Валерий Николаевич, к. т. н., доцент

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Тел.: +375 17 293-80-70

Mishchenka Valery Nikolaevich, Cand. of Sci., Associate Professor

220013, Minsk, P. Brovki St., 6

Tel.: +375 17 293-80-70

mishchenko@bsuir.byБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2023240420232122126Copyright © Муравьёв В.В., Мищенко В.Н., 20232023Муравьёв В.В., Мищенко В.Н.Muravyov V.V., Mishchenka V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/3596

Графен рассматривается в настоящее время как один из наиболее перспективных материалов для создания новых полупроводниковых приборов для различных диапазонов частот. Путем моделирования из первых принципов (ab initio метод) исследовано влияние внешнего электрического поля на свойства зонной диаграммы материала графана, который является модификацией графена при использовании атомов водорода. Установлено, что приложенное к структуре графана внешнее электрическое поле приводит к существенному изменению его зонных диаграмм, которое связанно с изменением их типа. При малых значениях напряженности внешнего электрического поля, приблизительно до 0,3 a.u. (1 a.u. ≈ 51,4 ⋅ 1010 В/м), наблюдаются зонные диаграммы графана с прямым минимальным зазором для долины Г между зоной проводимости и валентной зоной. С дальнейшим увеличением напряженности внешнего электрического поля зонные диаграммы демонстрируют непрямой минимальный зазор. При еще больших значениях напряженности внешнего электрического поля, которые превышают 0,8 a.u., зонные диаграммы графана приобретают вид, свойствененный металлическим структурам. Полученные зависимости и параметры графана могут служить основой для создания новых гетероструктурных приборов, содержащих слои графена и других полупроводниковых материалов. 

Graphene is currently considered as one of the most promising materials for the creation of new semiconductor devices for various frequency ranges. The influence of an external electric field on the properties of the band diagram of the graphene material, which is a modification of graphene using hydrogen atoms, was studied by simulating from the first principles (ab initio method). It was found that an external electric field applied to the graphene structure leads to a substantial change in its band diagrams, which is associated with a change in their type. At small values of external electric field strength, approximately up to 0.3 a.u. (1 a.u. ≈ 51.4 1010 V/m), we observe graphane zone diagrams with straight minimal gap for Г valley between conduction and valence zones. With further increase in external electric field strength the zone diagrams show indirect minimal gap. With even higher values of external electric field strength, which exceed 0.8 a.u., graphane band diagrams take on a form peculiar to metallic structures. These dependences and the resulting graphene parameters could be the basis for new heterostructure devices containing layers of graphene and other semiconductor materials. 

графенграфанмоделированиезонная диаграммаполупроводниковая структураgraphenegraphanemodelingzone diagramsemiconductor structureReferencesNovoselov K. S., Geim A. K. et al. (2004) Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666–669. DOI: 10.1126/science.1102896.Novoselov K. S., Geim A. K. et al. (2004) Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666–669. DOI: 10.1126/science.1102896.Elias D. C., Nair R. R., Mohiuddin T. M. G., Morozov S. V., Blake P., Halsall M. P., Ferrari A. C., Boukhvalov D. W., Katsnelson M. I., Geim A. K., Novoselov K. S. (2009) Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane. Science. 323 (5914), 610–616. DOI: 10.1126/science.1167130.Elias D. C., Nair R. R., Mohiuddin T. M. G., Morozov S. V., Blake P., Halsall M. P., Ferrari A. C., Boukhvalov D.W., Katsnelson M. I., Geim A. K., Novoselov K. S. (2009) Control of Graphene’s Properties by Reversible Hydrogenation: Evidence for Graphane. Science. 323 (5914), 610–616. DOI: 10.1126/science.1167130.Sahin H., Leenaerts O., Singh S. K., Peeters F. M. (2015) GraphAne: from Synthesis to Applications. arXiv. 1–15.Sahin H., Leenaerts O., Singh S. K., Peeters F. M. (2015) GraphAne: from Synthesis to Applications. arXiv. 1–15Bruzzone S., Fiori G. (2011) Ab-Initio Simulations of Deformation Potentials and Electron Mobility in Chemically Modified Graphene and Two-Dimensional Hexagonal Boron-Nitride. Applied Physics Letters. 99, 222108. https://doi.org/10.1063/1.3665183.Bruzzone S., Fiori G. (2011) Ab-Initio Simulations of Deformation Potentials and Electron Mobility in Chemically Modified Graphene and Two-Dimensional Hexagonal Boron-Nitride. Applied Physics Letters. 99, 222108. https://doi.org/10.1063/1.3665183.Sofo J. O., Chaudhari A. S., Barber G. D. (2007) Graphane: a Two Dimensional Hydrocarbon. Physical Review B. 75, 153401.. Sofo J. O., Chaudhari A. S., Barber G. D. (2007) Graphane: a Two Dimensional Hydrocarbon. Physical Review B. 75, 153401.Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. (2009) Quantum Espresso: a Modular and Open-Source Software Project for Quantum Simulations of Materials. Journal of Physics: Condensed Matter. 21 (39), 395502. DOI: 10.1088/0953-8984/21/39/395502.Giannozzi P., Baroni S., Bonini N. et al. (2009) Quantum Espresso: a Modular and Open-Source Software Project for Quantum Simulations of Materials. Journal of Physics: Condensed Matter. 21 (39), 395502. DOI: 10.1088/0953-8984/21/39/395502.Murav’ev V. V., Mishchenka V. M. (2021) Ab-Initio Simulation of Hydrogenated Graphene Properties. Doklady BGUIR. 19 (8), 5–9. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-8-5-9 (in Russian).Murav’ev V. V., Mishchenka V. M. (2021) Ab-Initio Simulation of Hydrogenated Graphene Properties. Doklady BGUIR. 19 (8), 5–9. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-8-5-9 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.