بررسی خواص الکترونی، مغناطیسی واپتیکی جدیدترین دگرشکل کربنی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجو/دانشگاه رازی

2 استاد/دانشگاه رازی

چکیده

در این مقاله، خواص الکترونی، مغناطیسی و اپتیکی یکی از جدیدترین دگر شکل های کربنی برمبنای نظریه تابعی چگالی (DFT) و با اجرای کد محاسباتی Wien2k بررسی شده است. نتایج ما نشان می دهند که این ساختار از نظر الکترونی و مغناطیسی، با داشتن گاف انرژی ای در حدود 2/2 الکترون-ولت و گشتاور مغناطیسی کل 0013/0 مگنتون بوهر به ازای هر سلول یکه، تقریبا یک نیمه رسانای غیر مغناطیسی است. همچنین، از نظر خواص اپتیکی نیز، تغییرات تعدادی از پارامترهای اپتیکی مانند ثابت دی الکتریک، تابع اتلاف انرژی و بازتاب پذیری برحسب تغییرات انرژی مورد مطالعه قرار گرفته است. خواص اپتیکی نشان می دهند که اگر این دگرشکل در فناوری پیل خورشیدی مورد استفاده قرار گیرد، بازدهی آن در انرژی های پایین، بهتر خواهد بود؛ چون تابع اتلاف انرژی و بازتاب پذیری آن کمینه خواهد شد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Investigation of the electronic, magnetic and optical properties of newest carbon allotrope

نویسنده [English]

  • samira kazemi 1
1 student /Razi university
چکیده [English]

In this paper, we investigate triple properties of monolayer pentagon graphene that include electronic, magnetic and optical properties. Our research based on density functional theory (DFT) and the WIEN2k computational code is done. Our results show that in the electronic and magnetic properties, this structure with a direct gap energy of about 2.2 eV along Г→Г direction and total magnetic moment of 0.0013 μB per unit cell is almost a non-magnetic semiconductor. Also, in the optical properties, the variation of optical parameters including dielectric constant, loss energy function and reflectivity in term of energy are drawn and studied. Its optical properties show that if this allotrope is used in solar cell technology, its efficiency in the low energy will be better because its loss energy function and reflectivity will be minimum.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Density functional theory
  • monolayer pentagon graphene
  • density of state
  • electronic band structure
  • optical properties
[1] T.A. Saleh, V.K. Gupta, Processing methods, characteristics and adsorption behavior of tire derived carbons: A review, Advances in Colloid and Interface Science 211 (2014) 93-101.

[2] M.A. Rafiee, Graphene-based Composite Materials, Rensselaer Polytechnic Institute, ProQuest Dissertations Publishing (2011) 3476260.

[3] S. Iijima, Helical microtubules of graphitic carbon, Nature 354 (1991) 56.

[4] S. Zhang, J. Zhou, Q. Wang, X. Chen, Y. Kawazoe, P. Jena, Penta-graphene: a new carbon allotrope, Proceedings of the National Academy of Sciences of the United 112 (2015) 2372-2377.

[5] A. Gupta, T. Sakthivel, S. Seal, Recent development in 2D materials beyond graphene, Progress in Materials Science 73 (2015) 44-126.

[6] S.Z. Butler, S.M. Hollen, L. Cao, Y. Cui, J.A. Gupta, H.R. Gutierrez, et al., Progress, challenges, and opportunities in two-dimensional materials beyond graphene, ACS nano 7 (2013) 2898-2926.

[7] J.N. Coleman, M. Lotya, A. O'Neill, S.D. Bergin, P.J. King, U. Khan, Two-                dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials, Science 331 (2011) 568-571.

[8] M.J. Allen, V.C. Tung, R.B. Kaner, Honeycomb carbon: a review of graphene,                        Chemical Reviews 110 (2010) 132-145.

[9] R. Mas-Balleste, C. Gomez-Navarro, J. Gomez-Herrero, F. Zamora, 2D materials: to graphene and beyond, Nanoscale 3 (2011) 20-30.

[10] Y. Lin, J.W. Connell, Advances in 2D boron nitride nanostructures: nanosheets, nanoribbons, nanomeshes, and hybrids with graphene, Nanoscale 4 (2012) 6908-6939.

[11] E. Gibney, 2D or not 2D, Nature 522 (2015) 274-276.

[12] M.E. Davila, L. Xian, S. Cahangirov, A. Rubio, G. Le Lay, Germanene: a novel two-dimensional germanium allotrope akin to graphene and silicene, New Journal of Physics 16 (2014) 095002.          

[13] H. Liu, A. T. Neal, Z. Zhu, Z. Luo, X. Xu, D. Tomanek, et al., Phosphorene: an            unexplored 2D semiconductor with a high hole mobility, ACS nano 8 (2014) 4033-4041.     

[14] M. Osada, T. Sasaki, Two-dimensional dielectric nanosheets: novel nanoelectronics from nanocrystal building blocks, Advanced Materials 24 (2012) 210-228.                                                        

[15] M. Xu, T. Liang, M. Shi, H. Chen, Graphene-like two-dimensional materials,                        Chemical Reviews 113 (2013) 3766-3798.

16] M. Yagmurcukardes, H. Sahin, J. Kang, E. Torun, F.M. Peeters, R.T. Senger, Pentagonal monolayer crystals of carbon, boron nitride, and silver azide, Journal of Applied  Physics 118 (2015) 104303.    

[17] K. Schwarz, P. Blaha, Solid state calculations using WIEN2k, Computational Materials Science 28 (2003) 259-273.

[18] X. Lin, J. Lu. H. Zhu, The stability and electronic properties of a new allotrope of silicene and silicon nanotube, Superlattices and Microstructures 101 (2017) 480-487.

[19] J. Harl, G. Kresse, Cohesive energy curves for noble gas solids calculated by adiabatic connection fluctuation-dissipation theory, Physical Review B 77 (2008) 045136.

[20] C. Ambrosch-Draxla, J.O. Sofo, Linear optical properties of solids within the full-potential linearized augmented plane-wave method, Computer Physics Communications 175 (2006) 1-14.