خواص الکترونی نانو نوارهای گرافن لبه دسته مبلی ناقص شده با اشکال مختلف پادنقطه های کوانتومی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه فیزیک، دانشکده فیزیک، دانشگاه دامغان، دامغان، ایران

چکیده

در این مقاله، خواص الکترونی نانونوارهای گرافن لبه دسته مبلی ناقص شده با اشکال مختلفی از پادنقطه­های کوانتومی مورد مطالعه قرار گرفته است. نقص نانونوارها با مدل­های هندسی خطی، مورب، مثلث، شش ضلعی و لوزی متقارن و نامتقارن در وسط نانو نوارها و الکترودها صورت گرفته است. با ایجاد نواقص، محدودیت ­های کوانتومی جدیدی در آرایش الکترونی نانونوار به وجود می­آید، در نتیجه خواص الکترونی نانونوارها مانند ساختار نواری و تابع گسیل در حضور نواقص کامل تغییر می­ کند. مشاهده می ­شود که دو عامل مهم بر روی خواص الکترونی نانو نوارهای گرافن تأثیر می­گذارد، یکی تعداد اتم­های استخراج شده و دیگری وجود تقارن یا عدم تقارن در آرایه­های پادنقطه­کوانتومی. نتایج نشان می­ دهند که در ساختار نواری نانونوارهای گرافن ناقص شده با پادنقطه­های کوانتومی، نوارهای انرژی مسطح در ساختار نواری ظاهر می­شود که نشان از افزایش حالت­های تبهگن الکترونی و حالت­های قابل دسترس الکترونی در ساختار نواری سامانه دارد. خواص الکترونی نانونوارهایی که ساختار پادنقطه کوانتومی در آنها به صورت متقارن است شباهت بیشتری به خواص الکترونی نانو نوارهای ساده دارند. بنابراین، با انتخاب تعداد اتم­های استخراج شده و همچنین، تقارن یا عدم تقارن در توزیع پادنقطه­های کوانتومی، می­توان خواص الکترونی سامانه را تغییر داد. همچنین، خواص الکترونی نانو نوارها با پارامتر فاصله بین دو پادنقطه کوانتومی مجاور نیز بررسی می­شود. می­توان نتیجه گرفت با افزایش فاصله بین پادنقطه­های کوانتومی، خواص الکترونی نانونوارهای گرافن لبه دسته مبلی دارای نواقص به خواص الکترونی نانونوارهای گرافن ساده نزدیک می­ شود. محاسبات با استفاده از تقریب تنگ بست به همراه فرمولبندی تابع گرین غیرتعادلی انجام می شود.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

The electronic properties of armchair graphene nanoribbons defected by different shapes of quantum antidots

نویسندگان [English]

  • Reza Kalami
  • Seyed Ahmad Ketabi
Department of physics, School of physic, Damghan University, Damghan , Iran
چکیده [English]

In this paper, the electronic properties of AGNRs defected by quantum antidots is studied. The defected AGNRs are introduced by imposing linear, diagonal, triangle, hexagonal and symmetric and asymmetric rhomboid topologies of antidots in the middle of pristine nanoribbons which leads to antidot super-lattice of AGNRs. It can be realized that the quantum confinement of nanoribbons is quite changed by the presence of defects. This new quantum confinement leads to the new electronic properties. In addition, the electronic properties of nanoribbons are investigated by scaling dimensional parameters such as the distance between two adjacent antidots(d). Finally, one can extracted that the electronic properties of armchair graphene nanoribbons can be tuned by changing dimensional parameters. Numerical tight-binding model, coupled with the non-equilibrium Green’s function formalism are applied to extract the electronic properties of nanoribbons.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graphene
  • Quantum antidot
  • Quantum confinement. Band structure
  • Transmission function

مراجع

[1] K. S. Anantharaju, Nanomaterials for Fuel Cell and Corrosion Inhibition: A Comprehensive Review. Current Nanoscience, 17, 591-611, 2021.
 [2] S. Barua, X.Geng, & B. Chen, Graphene-based nanomaterials for healthcare applications. Photonanotechnology for Therapeutics and Imaging, Elsevier, 45-81, 2020.
[3] K. Khan, A. K. Tareen, M. Aslam, R. Wang, Y. Zhang, A. Mahmood, , ... & Z. Guo, Recent developments in emerging two-dimensional materials and their applications. Journal of Materials Chemistry C, 8, 387-440, 2020.‏
[4] R. Kumar, S. Sahoo, E. Joanni, R. K. Singh, W. K. Tan, K. K. Kar, & A. Matsuda, Recent progress in the synthesis of graphene and derived materials for next generation electrodes of high performance lithium ion batteries. Progress in Energy and Combustion Science, 75, 100786, 2019.‏
[5] A. A. Iqbal, N. Sakib, A. P. Iqbal, & D. M. Nuruzzaman, Graphene-based nanocomposites and their fabrication, mechanical properties and applications. Materialia, 12, 100815, 2020.‏
[6] M. Shakeri, Effect of randomly distributed asymmetric stone-wales defect on electronic and transport properties of armchair graphene nanoribbon. Superlattices and Microstructures, 128, 116-126, 2019.‏
[7] S. Liu, K. Duan, L. Li, X. Wang, & Y. Hu,  A multilayer coarse-grained molecular dynamics model for mechanical analysis of mesoscale graphene structures. Carbon, 178, 528-539, 2021.‏
[8] T. Zeng, H. Yang, H. Wang, & G. Chen, Acepentalene Membrane Sheet: A Metallic Two-Dimensional Carbon Allotrope with High Carrier Mobility for Lithium Ion Battery Anodes. The Journal of Physical Chemistry C, 124, 5999-6011, 2020.‏
[9] H. T. Huang, L. Zhu, M. D. Ward, T. Wang, B. Chen, B. L. Chaloux, , ... & T. A. Strobel, Nanoarchitecture through Strained molecules: Cubane-derived scaffolds and the smallest carbon nanothreads. Journal of the American Chemical Society, 142, 17944-17955, 2020.‏
[10] M. Ou, X. Wang, L. Yu, C. Liu, W. Tao, X. Ji, & L. Mei, The Emergence and Evolution of Borophene. Advanced Science, 2001801, 2021.‏
[11] B. Wang, Y. Sun, H. Ding, X. Zhao, L. Zhang, J. Bai, & K. Liu, Bioelectronics‐Related 2D Materials Beyond Graphene: Fundamentals, Properties, and Applications. Advanced Functional Materials, 30, 2003732, 2020.‏
[12] Z. Li, L. Wang, Y. Li, Y. Feng, & W. Feng, Carbon-based functional nanomaterials: Preparation, properties and applications. Composites Science and Technology, 179, 10-40, 2019.‏
[13] L. Bai, Y. Zhang, W. Tong, L. Sun, H. Huang, Q. An, ... & P. K. Chu, Graphene for energy storage and conversion: synthesis and interdisciplinary applications. Electrochemical Energy Reviews, 3, 395-430, 2020.‏
[14] Z. Zhang, Y. Ouyang, Y. Cheng, J. Chen, N. Li, & G. Zhang, Size-dependent phononic thermal transport in low-dimensional nanomaterials. Physics Reports, 860, 1-26, 2020.‏
 
[15] S. S. A. Kumar, S. Bashir, K. Ramesh, & S. Ramesh, New perspectives on Graphene/Graphene oxide based polymer nanocomposites for corrosion applications: The relevance of the Graphene/Polymer barrier coatings. Progress in Organic Coatings, 154, 106215, 2021.‏
[16] P. H.. Jacobse, A. Kimouche, T. Gebraad, M. M. Ervasti, J. M. Thijssen, P. Liljeroth,  & I. Swart, Electronic components embedded in a single graphene nanoribbon. Nature communications, 8, 1-7, 2017.‏
[17] Y. Zhou, D. Zhang, J. Zhang, C. Ye,  & X. Miao, Negative differential resistance behavior in phosphorus-doped armchair graphene nanoribbon junctions. Journal of Applied Physics, 115, 073703, 2014.‏
 
[18] A. Gallerati, Graphene properties from curved space Dirac equation. The European Physical Journal Plus, 134, 202, 2019.‏
[19] T. N. Do, D. Huang, P. H. Shih, H. Lin, & G. Gumbs, Atomistic Band-Structure Computation for Investigating Coulomb Dephasing and Impurity Scattering Rates of Electrons in Graphene. Nanomaterials, 11, 1194, 2021.‏
[20] S. Smidstrup, T. Markussen, P. Vancraeyveld, J. Wellendorff, J. Schneider, T. Gunst, ... & K. Stokbro, QuantumATK: an integrated platform of electronic and atomic-scale modelling tools. Journal of Physics: Condensed Matter, 32, 015901, 2019.‏
 
[21] J. W. You, Z. Lan, Q. Bao, & N. C. Panoiu, Valley-Hall topological plasmons in a graphene nanohole plasmonic crystal waveguide. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 26, 1-8, 2020.‏
[22] Z. Jokar, & M. R.  Moslemi, Effects of position and shape of atomic defects on the band gap of graphene nano ribbon superlattices. International Journal of Electronics and Communication Engineering, 9, 162-166, 2015.‏
[23] L. Rosales, M. Pacheco, Z. Barticevic, A. León, A. Latgé, & P. A. Orellana, Transport properties of antidot superlattices of graphene nanoribbons. Physical Review B, 80, 073402, 2009.‏
نانومقیاس
دوره 9، شماره 1 - شماره پیاپی 1
اردیبهشت 1401
صفحه 68-77

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 شهریور 1400
  • تاریخ بازنگری: 14 آبان 1400
  • تاریخ پذیرش: 02 آذر 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار