Влияние электрического поля на свойства гидрированного графена

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. 

1. Novoselov K. S., Geim A. K. et al. (2004) Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science. 306 (5696), 666-669. https://doi.org/10.1126/science.1102896.

2. 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. https://doi.org/10.1126/science.1167130.

3. Sahin H., Leenaerts O., Singh S. K., Peeters F. M. (2015) GraphAne: from Synthesis to Applications. arXiv. 1-15.

4. 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.

5. Sofo J. O., Chaudhari A. S., Barber G. D. (2007) Graphane: a Two Dimensional Hydrocarbon. Physical Review B. 75, 153401.

6. 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. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502.

7. Murav’ev V. V., Mishchenka V. M. (2021) Ab-Initio Simulation of Hydrogenated Graphene Properties. Doklady BGUIR. 19 (8), 5-9. https://doi.org/10.35596/1729-7648-2021-19-8-5-9 (in Russian).