بررسی اثرات استتاری اندرکنش های کولنی ترکیبات C3N

امیری, مسعود; هادی پور, حنیف

doi:10.22055/jrmbs.2020.15924

بررسی اثرات استتاری اندرکنش های کولنی ترکیبات C3N

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

¹ گروه فیزیک ، دانشکده علوم، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

² گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

10.22055/jrmbs.2020.15924

چکیده

چکیده
در این مقاله اثرات استتاری نیروی کولنی در نمونه های تک لایه و دو لایه C3N و C3NH3 را بر اساس تقریب فاز تصادفی بررسی و با گرافن و گرافن هیدروژنه مقایسه می کنیم. ما پارامتر اندرکنش کولنی جزیی استتار شده (U)، کامل استتار شده (W) و پارامتر اندرکنش کولنی بدون استتار (V) را برای این ترکیبات محاسبه می کنیم. در سیستم با هدایت الکتریکی بیشتر، اثرات پوششی بیشتر بوده و پارامترهای U و W بیشتر کاهش می یابد. در C3Nتک لایه پارامترهای اندرکنشی مشابه گرافن شاهد هستیم. برای C3N هیدروژنه شده که در دو ساختار صندلی و قایق یک نیمرسانا با گاف نسبتاً بزرگ است، مقادیر پارامترهای اندرکنشی به دست آمده بیشتر از مقادیر C3N و گرافن هیدروژنه بود. اما در C3Nدولایه با توجه به رفتار فلزی آن، استتار اندرکنش های کولنی را شاهد هستیم که آن را تبدیل به یک سیستم همبسته می کند.
کلیدواژگان: گاف انرژی، اثرات استتاری، تقریب فاز تصادفی، اندرکنش کولنی.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

ماده چگال

عنوان مقاله [English]

Screening effects of coulomb interactions of C3N compounds

نویسندگان [English]

masoud amiri ¹
hanif hadipour ²

¹ Department of Physics, University of Guilan, Rasht, Iran

² Department of Physics, University of Guilan, Rasht, Iran

چکیده [English]

In this paper we investigate the screening effects of coulomb interaction in monolayer and bilayer C₃N and C₃NH₃ samples based on the random-phase approximation and compared with graphene and hydrogenated graphene. We calculate partially (U) and fully (W) screened, and also bare (V) interaction parameters for these compounds. In the system with more electrical conductivity the effects of the screening are greater and the parameters U and W are further reduced. In monolayer C₃N, interaction parameters are similar to those of graphene. The fully hydrogenated C₃N is also a relatively large gap in the chair-type and boat-type, and the values of interaction parameters are greater than the monolayer C₃N and hydrogenated graphene values. In the bilayer C₃N with metallic behavior, there's a large screening that makes it a correlated system.

کلیدواژه‌ها [English]

Energy gap
Screening effects
Coulomb Interaction
Random phase approximation

مراجع

[1] A.K. Geim, K.S. Novoselov, The rise of graphene,Nature Materials 6 (2007) 183–191.

https://doi.org/10.1038/nmat1849

[2] M.I. Katsnelson, Graphene: carbon in two dimensions, Materialstoday 10 (2007) 20-27.

https://doi.org/10.1016/S1369-7021(06)71788-6

[3] Y. Wu, W. Xia, W. Gao, F. Jia, P. Zhang, W. Ren, Quasiparticle electronic structure of honeycomb C₃N: from monolayer to bulk, 2D material 6 (2018) 15-18.

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1583/aaeeaa

[4] M. Bagheri, Electrical and mechanical properties of a fully hydrogenated two-dimensional polyaniline sheet, Computational Materials Science 153 (2018) 126-133.

https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2018.06.027

[5] M. Bagheri, S. Izadi, Polyaniline (C₃N) nanoribbons: Magnetic metal, Semiconductor, and Half-Metal, Applied physics 124 (2018) 84304.

https://doi.org/10.1063/1.5042207

[6] H.J. Xiang, B. Huang, Z.Y. Li, S.H. Wei, J.L. Yang, X.G. Gong, Ordered Semiconducting Nitrogen-Graphene Alloys, Physical ReviewX 2 (2012) 11003.

https://doi.org/10.1103/PhysRevX.2.011003

[7] B. Mortazavi, Ultra high stiffness and thermal conductivity of graphene like C₃N, Carbon 118(2017) 25-34.

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.03.029

[8] S. Kumar, S. Sharma, V. Babar, U. Schwingenschlogl, Ultralow lattice thermal conductivity in monolayer C₃N as compared to graphene, Materials ChemistryA 5(2017) 407-411.

https://doi.org/10.1039/C7TA05872A

[9] D. Wang, Y. Bao, T. Wu, S. Gan, D. Han, L. Niu, First-principles study of the role of strain and hydrogenation on C₃N, Carbon 134 (2018) 22-28.

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.03.068

[10] H. Hadipour, E. Sasıoglu, F. Bagherpour, C.Friedrich, S. Blugel, I. Mertig2, Screening of the long-range Coulomb interaction in graphene nanoribbons: Armchair versus zigzag edges Physical Review B 98 (2018) 205123.

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.98.205123

[11] E. Sasıoglu, H. Hadipour, C. Friedrich, S. Blugel, I. Mertig, Strength of effective Coulomb interactions and origin of ferromagnetism in hydrogenated graphene, Physical Review B 95 (2017) 60408.

http://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.060408

[12] H. Hadipour, Screening of Coulomb interaction and π magnetism in defected graphene, Physical Review B 99 (2019) 75102.

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.075102

[13] F. Aryasetiawan, M. Imada, A. Georges,G.Kotliar, S. Biermann, A.I. Lichtenstein, Frequency-depenent local interactions and loe-energy effective models from electronic structure calculations, Physical Review, B 70 (2004) 195104.

http://doi.org/10.1103/PhysRevB.70.195104

[14] S. Yang, W. Li, C. Ye, G. Wang, H. Tian, C. Zhu, P. He, G. Ding, X. Xie, Y. Liu, Y. Lifshitz, S. Lee, Z. Kang, M. Jiang, C₃N —A2D Crystalline, Hole-Free, Tunable-Narrow-Bandgap Semiconductor with Ferromagnetic, Advanced Material 29 (2017) 1605625.

https://doi.org/10.1002/adma.201605625

[15] J. van den Brink, G.A. Sawatzky, Non-conventional screening of the Coulomb interaction in low-dimensional and finite-size system, Europhysics Letters 50 (2000) 447-453.

https://doi.org/10.1209/epl/i2000-00290-6

[16] J.P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof, Generalized Gradiant Approximaion Made Simple, Physical Review Letters 78 (1997) 3865.

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.78.1396

[17] C. Friedrich, S. Bl¨ugel, A. Schindlmayr, Efficient implementation of the GW approximation within the all electron FLAPW method, Physical Review B 81 (2010) 125102.

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.81.125102

[18] D.K. Singh, A. Thamizhavel, J.W. Lynn, S.K. Dhar, T. Hermann, Multiple magnetic structures of correlated Ce ions in intermetallic CeAu₂Ge₂, Physical Review B 86 (2012) 60405.

http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.86.060405

[19] M. Makaremi, B. Mortazavi, C. Veer Singh. Adsorption of Metallic, Metalloidic, and Nonmetallic Adatoms on Two-Dimensional C₃N, Physical Chemistry121(2017) 575-583.

http://doi.org/10.1021/acs.jpcc.7b04511

[20] F. Freimuth, Y. Mokrousov, D. Wortmann, S. Heinze, S. Blugel. Maximally localized Wannier functions within the FLAPW formalism, Physical Review B 78 (2008) 035120.

https://doi.org/10.1103/PhysRevB.78.035120

[21] Q. Wei, Q. Zhang, H. Yan, M. Zhang, Cubic C₃N: A New Superhard Phase of Carbon-Rich Nitride, Materials 9 (2016) 840-846.

https://doi.org/10.3390/ma9100840