بررسی نظری ناخالصی‌های نیکل و طلا بر خواص الکترونیکی گرافین با استفاده از نظریه تابعی چگالی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان دانشگاه ازاد اسلامی واحد علوم و تحقیقات

2 هیات علمی دانشگاه الزهرا و پژوهشهای فیزیک بنیادی

10.22055/jrmbs.2019.14584

چکیده

در این مقاله، خواص الکترونی گرافین در حضور وغیاب ناخالصی‌های نیکل و طلا با استفاده از روش نظریه تابعی چگالی بررسی می‌شود. در تمامی موارد با استفاده از نتایج به دست آمده ساختار الکترونی، چگالی حالت‌ها، پایداری، گاف انرژی و گشتاور مغناطیسی مطالعه شده است. محاسبات ما با استفاده از نرم افزار SIESTA انجام شده و از تقریب‌های GGA و LDA برای پتانسیل تبادلی- همبستگی استفاده شده است. با افزایش اندازه‌ی مدل، پایداری و گشتاور مغناطیسی آن افزایش ولی گاف انرژی آن کاهش می‌یابد. گرافین بدون ناخالصی فاقد گشتاور مغناطیسی است ولی در گرافین نامنظم این مقدار به محل قرارگیری ناخالصی‌های طلا و نیکل بستگی دارد. همچنین ناخالصی‌های نیکل و طلا، سطح را از حالت تخت خارج می‌کند. هیبریداسیون در گرافین با ناخالصی‌های طلا و نیکل بین اوربیتال s اتم هیدروژن با اوربیتال‌ p اتم کربن وجود دارد. همچنین بین اوربیتال d اتم ‌های طلا و نیکل با اوربیتال p اتم کربن نیز هیبریداسیون وجود دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Theoretical study of effect of nickel and gold impurities on electronic properties of graphene using Density functional theory

نویسندگان [English]

  • elham behrouzikia 1
  • Azizollah Shafiekhani 2
1 Young Researchers and Elites club, Science and Research Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran
2 Department of physics,Alzahra University
چکیده [English]

In this paper, we calculated the electronic properties of graphene in the presence and absence of the gold and nickelatoms using the density functional theory. The electronic structure, density of states, stability, band gap and spin polarization are studied. Our calculation is performed with SIESTA software. For this reason, we used local density approximation (LDA) and generalized gradient approximation (GGA) to calculate the exchange-correlation potential. The results show that the stability and spin polarization increase while the band gap decrease when the size of graphene increases. Graphene layer doesn’t have any spin polarization but in the presence of impurity, it shows the spin polarization depends on the gold and nickel impurities location. Also gold and nickel impurities defer the flatness of surface. The is hybridization between H(s) with C(p) ingraphene with impurities of gold and nickeland hybridization between Au(d) and Ni(d) with C(p) orbitals.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graphene
  • Density functional theory
  • generalized gradient approximation
[1] A.K. Geim, K.S. Novoselov, The rise of graphene, Nature Materials 6 (2007) 183-191.

[2] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, et al., Electric Field Efect in Atomically Thin Carbon Filsm, Science 306 (2004) 666-669.

[3] K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, M.I. katsnelson, I.V. Grigorieva, et al., Two-dimensional gas of massless Direct fermions in graphene, Nature 438 (2005) 197-200.

 

[4] M.W.C. Dharma-Wardana, M.Z. Zgierski, Magnetism and structure at vacant lattice sites in graphene, Physica E 41 (2008) 80-83.

 

[5] S. Rumyantsev, G. Liu, M. Shur, R.A. Potyrailo, A. Balandin, Selective Gas Sensing with a single Pristine Graphene Transistor, Nano Letters 12(2012) 2294-2298.

 

[6] A.H. CastroNeto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K.S. Novoselov, A.K. Geim, The electronic properties of graphene, Reviews of Modern Physics 81 (2009)109-162.

 

[7] M.S. José, A. Emilio, D.G. Julian, G. Alberto, J. Javier ,O. Pablo, et al., The SIESTA method for ab initio order- N materials simulation, Condensed Matter 14 (2002) 2745.

[8] J.P. Perdew, Y. Wang, Accurate and simple analytic representation of the electron-gas correlation energy, Physical Review B 45 (1992) 13244.

[9] N. Troullier, J.L. Martins, Effiecient Pseudopotentials for plane-wave calculations, Physical Review B 43 (1991), 1993-2006.