Дефекты в h-BN: компьютерное моделирование размерных эффектов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методами моделирования из первых принципов исследовано влияние размерных эффектов на свойства монослоя гексагонального нитрида бора (h-BN), содержащего дефекты типа CBVN, NBVN, и OBOBVN. Они потенциально способны генерировать одиночные фотоны в устройствах квантовой оптики и информатики. Под размерными эффектами здесь понимают зависимость свойств изучаемой модели от размеров моделируемого фрагмента 2D структуры при периодических граничных условиях. Физически это означает зависимость свойств монослоя от расстояния между дефектами. Такая зависимость позволяет судить о том, насколько сильно дефекты взаимодействуют друг с другом и взаимодействуют ли вообще. Для технических приложений важны характеристики зонной структуры (ширина запрещенной зоны, спектр и плотность индуцированных дефектом электронных состояний в запрещенной зоне) и атомной структуры дефекта (энергия образования дефектов, геометрия в равновесной конфигурации), формирующие эту зонную картину. В настоящей работе эти свойства изучены в рамках теории функционала электронной плотности c использованием базисов атомноподобных функций (пакет SIESTA) и плоских волн (пакет VASP). Полученные результаты согласуются друг с другом. Установлено, что при расстоянии между дефектами в 10 параметров элементарной ячейки их можно считать невзаимодействующими.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. М. Латыпов

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: latypovrm@susu.ru

Лаборатория “Квантовая инженерия света”

Россия, 454080, Челябинск

С. А. Созыкин

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

Email: latypovrm@susu.ru

Кафедра физики наноразмерных систем

Россия, 454080, Челябинск

В. П. Бескачко

Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)

Email: latypovrm@susu.ru

Лаборатория “Квантовая инженерия света”

Россия, 454080, Челябинск

Список литературы

  1. Koperski M., Nogajewski, K., Arora A., Cherkez V., Mallet P., Veuillen J.Y., Potemski M. // Nat. Nanotech. 2015. V. 10. № 6. P. 503. https://doi.org./10.1038/nnano.2015.67
  2. Srivastava A., Sidler M., Allain A.V., Lembke D.S., Kis A., Imamoğlu A. // Nat. Nanotech. 2015. V. 10. № 6. P. 491. https://doi.org./10.1038/nnano.2015.60
  3. Tran T.T., Bray K., Ford M.J., Toth M., Aharonovich I. // Nat. Nanotech. 2016. V. 11. № 1. P. 37. https://doi.org./10.1038/nnano.2015.242
  4. Wang G., Chernikov A., Glazov M.M., Heinz T.F., Marie X., Amand T., Urbaszek B. // Rev. Mod. Phys. 2018. V. 90. № 2. P. 021001. https://doi.org./10.1103/RevModPhys.90.021001
  5. Luo Y., Shepard G.D., Ardelean J.V., Rhodes D.A., Kim B., Barmak K., Strauf S. // Nat. Nanotech. 2018. V. 13. № 12. P. 1137. https://doi.org./10.1038/s41565-018-0275-z
  6. Flatten L.C., Weng L., Branny A., Johnson S., Dolan P.R., Trichet A.A.P., Smith J.M. // Appl. Phys. Lett. 2018. V. 112. № 19. P. 191105. https://doi.org./10.1063/1.5026779
  7. White D., Branny A., Chapman R.J., Picard R., Brotons-Gisbert M., Boes A., Gerardot B.D. // Opt. Mat. Exp. 2019. V. 9. № 2. P. 441. https://doi.org./10.1364/OME.9.000441
  8. Kim S., Duong N.M.H., Nguyen M., Lu, T.J., Kiani- nia M., Mendelson N., Aharonovich I. // Adv. Opt. Mat. V. 7. № 23. P. 1901132. https://doi.org./10.1002/adom.201901132
  9. Turunen M., Brotons-Gisbert M., Dai Y., Wang Y., Scerri E., Bonato C., Jöns D.K., Sun Z., Gerardot B.D. // Nat. Rev. Phys. 2022. V. 4. № 4. P. 219. https://doi.org./10.1038/s42254-021-00408-0
  10. Cassabois G., Valvin P., Gil B. // Nat. Photonics. 2016. V. 10. № 4. P. 262. https://doi.org./10.1038/nphoton.2015.277
  11. Watanabe K., Taniguchi T., Kanda H. // Nat. Mater. 2004. V. 3. № 6. P. 404. https://doi.org./10.1038/nmat1134
  12. Exarhos A.L., Hopper D.A., Grote R.R., Alkauskas A., Bassett L.C. // ACS Nano. 2017. V. 11. № 3. P. 3328. https://doi.org./10.1021/acsnano.7b00665
  13. Chejanovsky N., Rezai M., Paolucci F., Kim Y., Rend-ler T., Rouabeh W., Wrachtrup J. // Nano Lett. 2016. V. 16. № 11. P. 7037. https://doi.org./10.1021/acs.nanolett.6b03268
  14. Jungwirth N.R., Fuchs G.D. // Phys. Rev. Lett. 2017. V. 119 № 5. P. 057401. https://doi.org./10.1103/PhysRevLett.119.057401
  15. Weston L. Wickramaratne D., Mackoit M., Alkaus- kas A., Van de Walle C.G. // Phys. Rev. B. 2018. V. 97. № 21. P. 214104. doi: 10.1103/PhysRevB.97.214104
  16. Abdi M., Chou J.P., Gali A., Plenio M.B. // ACS Phot. 2018. V. 5. № 5. P. 1967. https://doi.org./10.1021/acsphotonics.7b01442
  17. Jara C., Rauch T., Botti, S., Marques M.A., Norambue-na A., Coto R., Munoz F. // J. Phys. Chem. A. 2021. V. 125. № 6. P. 1325. https://doi.org./10.1021/acs.jpca.0c07339
  18. Cheng G.D., Zhang Y.G., Yan L., Huang H.F., Huang Q., Song Y.X., Tang Z. // Comput. Mater. Sci. 2017. V. 129. P. 247. https://doi.org./10.1016/j.commatsci.2016.12.032
  19. Huang P., Grzeszczyk M., Vaklinova K., Watanabe K., Taniguchi T., Novoselov K. S., Koperski M. // Phys. Rev. B. 2022 V. 106. № 1. P. 014107. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.106.014107
  20. Mackoit-Sinkevičienė M., Maciaszek M., Van de Wal-le C.G., Alkauskas A. // Appl. Phys. Lett. 2019. V. 115. № 21. P. 212101. https://doi.org./10.1063/1.5124153
  21. Ahmadpour Monazam M.R., Ludacka U., Komsa H.P., Kotakoski J. // App. Phys. Lett. 2019. V. 115. № 7. P. 071604. https://doi.org./10.1063/1.5112375
  22. Tawfik S.A., Ali S., Fronzi M., Kianinia M., Trong T., Stampfl C., Aharonovich I., Toth M., Ford M.J. // Nanoscale. 2017. V. 9. № 36. P. 13575. https://doi.org./10.1039/C7NR04270A
  23. Philbin J.P., Narang P. // PRX Quantum. 2021. V. 2. № 3. P. 030102. https://doi.org./10.1103/PRXQuantum.2.030102
  24. Soler J.M., Artacho E., Gale J.D., García A., Junque- ra J., Ordejón P., Sánchez-Portal D. // J. Phys.: Cond. Matter. 2002. V. 14. № 11. P. 2745. https://doi.org./10.1088/0953-8984/14/11/302
  25. Kresse G., Furthmuller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 16. P. 11169. https://doi.org./10.1103/PhysRevB.54.11169
  26. Sozykin S.A. // Comput. Phys. Commun. 2021. V. 262. P. 107843. https://doi.org./10.1016/j.cpc.2021.107843
  27. Morales-García Á., Valero R., Illas F. // J. Phys. Chem. C. 2017. V. 121. № 34. P. 18862. https://doi.org./10.1021/acs.jpcc.7b07421

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Равновесные варианты геометрии исследуемых дефектов.

Скачать (275KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зонные структуры элементарной ячейки h-BN (а) и CBVN при различных размерах модели: 3 × 3 (б); 4 × 4 (в); 6 × 6 (г). Спин вверх, SIESTA. Энергия отсчитывается от уровня Ферми.

Скачать (471KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость энергии образования дефекта CBVN (а), NBVN (б) и OBOBVN (в) от количества атомов в модели: кружками отмечены результаты SIESTA, треугольниками – VASP.

Скачать (359KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024