نوع مقاله : پژوهشی
نویسنده
استادیار، گروه فیزیک، واحد پارساباد مغان، دانشگاه آزاد اسلامی، پارساباد، ایران
چکیده
در این پژوهش، خواص ساختاری، الکترونیکی، اپتیکی و ترموالکتریک ماده دوبعدی MoSi₂N₄ با استفاده از محاسبات مبتنی بر نظریه تابع چگالی (DFT) مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج محاسبات انرژی–حجم نشان میدهند که MoSi₂N₄ از نظر ترمودینامیکی پایدار بوده و مدول بالک بالا، سختی مکانیکی و تراکمپذیری پایین این ماده را تأیید میکند. تحلیل ساختار نواری و چگالی حالات (DOS/PDOS) گاف نواری مستقیم با مقدار تقریبی ۲ الکترون ولت را آشکار میسازد که این ویژگی MoSi₂N₄ را برای کاربردهای اپتوالکترونیکی نویدبخش میسازد. بررسی طیف فونونی نیز پایداری دینامیکی ماده را تأیید کرده و نشان میدهد که ارتعاشات فونونی شرایط مناسبی برای هدایت حرارتی و برهمکنش الکترون–فونون فراهم میکنند. نتایج اپتیکی حاکی از ناهمسانگردی قابل توجه در ثابت دیالکتریک، تابع جذب و پاسخ پلاسمونی در محدوده مرئی و فرابنفش است. علاوه بر این، پارامترهای ترموالکتریک محاسبهشده نظیر ضریب سیبک و ضریب مریت ZT پتانسیل MoSi₂N₄ برای کاربرد در فناوریهای انرژی حرارتی–الکتریکی را برجسته میکنند. این یافتهها MoSi₂N₄ را بهعنوان یک مادهی دوبعدی چندمنظوره با قابلیتهای بالقوه در نانوالکترونیک، اپتوالکترونیک و انرژی معرفی میکنند.
کلیدواژهها
[1] Srivastava, M., Srivastava, A., & Pandey, S. K. (2020). Suitability of graphene monolayer as sensor for carcinogenic heavy metals in water: A DFT investigation. Applied Surface Science, 517: 146021.
[2] Chilukuri, B., Mazur, U., & Hipps, K. W. (2020). Structure, properties, and reactivity of porphyrins on surfaces and nanostructures with periodic DFT calculations. Applied Sciences, 10: 740.
[3] Khosravi, M., Moafpourian, G., & Badehian, H. A. (2020). Optical spectra of carbon-substituted silicene: A first principle study. Optik, 218: 165247.
[4] Yin, J., Li, J., Hang, Y., Yu, J., Tai, G., Li, X., ... & Guo, W. (2016). Boron nitride nanostructures: fabrication, functionalization and applications. Small, 12: 2942-2968.
[5] Yoshida, M., Ye, J., Nishizaki, T., Kobayashi, N., & Iwasa, Y. (2016). Electrostatic and electrochemical tuning of superconductivity in two-dimensional NbSe2 crystals. Applied Physics Letters, 108.
[6] Kang, S., Lee, D., Kim, J., Capasso, A., Kang, H. S., Park, J. W., ... & Lee, G. H. (2020). 2D semiconducting materials for electronic and optoelectronic applications: potential and challenge. 2D Materials, 7: 022003.
[7] Eda, G., Fanchini, G., & Chhowalla, M. (2008). Large-area ultrathin films of reduced graphene oxide as a transparent and flexible electronic material. Nature nanotechnology, 3: 270-274.
[8] Huang, X., Leng, M., Xiao, W., Li, M., Ding, J., Tan, T. L., ... & Xue, J. (2017). Activating basal planes and S‐terminated edges of MoS2 toward more efficient hydrogen evolution. Advanced functional materials, 27: 1604943.
[9] Bonaccorso, F., Colombo, L., Yu, G., Stoller, M., Tozzini, V., Ferrari, A. C., ... & Pellegrini, V. (2015). Graphene, related two-dimensional crystals, and hybrid systems for energy conversion and storage. Science, 347:1246501.
[10] Cha, E., Patel, M. D., Park, J., Hwang, J., Prasad, V., Cho, K., & Choi, W. (2018). 2D MoS2 as an efficient protective layer for lithium metal anodes in high-performance Li–S batteries. Nature nanotechnology, 13:337-344.
[11] Simon, P., & Gogotsi, Y. (2008). Materials for electrochemical capacitors. Nature materials, 7: 845-854..
[12] Yang, S., Zhang, P., Nia, A. S., & Feng, X. (2020). Emerging 2D materials produced via electrochemistry. Advanced Materials, 32: 1907857.
[13] Ren, X., Pang, L., Zhang, Y., Ren, X., Fan, H., & Liu, S. F. (2015). One-step hydrothermal synthesis of monolayer MoS 2 quantum dots for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution. Journal of Materials Chemistry A, 3: 10693-10697.
[14] Tao, J., Chai, J., Lu, X., Wong, L. M., Wong, T. I., Pan, J., ... & Wang, S. (2015). Growth of wafer-scale MoS 2 monolayer by magnetron sputtering. Nanoscale, 7: 2497-2503.
[15] Pyeon, J. J., Kim, S. H., Jeong, D. S., Baek, S. H., Kang, C. Y., Kim, J. S., & Kim, S. K. (2016). Wafer-scale growth of MoS 2 thin films by atomic layer deposition. Nanoscale, 8: 10792-10798.
[16] Cai, Z., Liu, B., Zou, X., & Cheng, H. M. (2018). Chemical vapor deposition growth and applications of two-dimensional materials and their heterostructures. Chemical reviews, 118: 6091-6133.
[17] Pawbake, A. S., Pawar, M. S., Jadkar, S. R., & Late, D. J. (2016). Large area chemical vapor deposition of monolayer transition metal dichalcogenides and their temperature dependent Raman spectroscopy studies. Nanoscale, 8: 3008-3018.
[18] Kong, D., Wang, H., Cha, J. J., Pasta, M., Koski, K. J., Yao, J., & Cui, Y. (2013). Synthesis of MoS2 and MoSe2 films with vertically aligned layers. Nano letters, 13: 1341-1347.
[19] Hong, Y. L., Liu, Z., Wang, L., Zhou, T., Ma, W., Xu, C., ... & Ren, W. (2020). Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4 materials. Science, 369: 670-674.
[20] Guo, J., Peng, Q., Fu, H., Zou, G., & Zhang, Q. (2015). Heavy-metal adsorption behavior of two-dimensional alkalization-intercalated MXene by first-principles calculations. The Journal of Physical Chemistry C, 119: 20923-20930.
[21] Nyamdelger, S., Ochirkhuyag, T., Sangaa, D., & Odkhuu, D. (2020). First-principles prediction of a two-dimensional vanadium carbide (MXene) as the anode for lithium ion batteries. Physical Chemistry Chemical Physics, 22: 5807-5818.
[22] Almeida, H. V., Tenreiro, M. F., Louro, A. F., Abecasis, B., Santinha, D., Calmeiro, T., ... & Serra, M. (2021). Human extracellular-matrix functionalization of 3D hiPSC-based cardiac tissues improves cardiomyocyte maturation. ACS applied bio materials, 4: 1888-1899.
[23] Rezazadeh, H., Hantehzadeh, M., & Boochani, A. (2022). Surface Effect on Electronic, Magnetic and Optical Properties of PtMnBi Half-Heusler: A DFT Study. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 16: 548-561.
[24] Jazideh, A., Boochani, A., Arghavani Nia, B., & Rezaee, S. (2024). Mechanical Stability, Magneto Optic, of CoRuVGa Heusler. Quarterly Journal of Optoelectronic, 6: 43-50. [In Persian]
[25] Rani, D., Bainsla, L., Suresh, K. G., & Alam, A. (2019). Experimental and theoretical investigation on the possible half-metallic behaviour of equiatomic quaternary Heusler alloys: CoRuMnGe and CoRuVZ (Z= Al, Ga). Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 492, 165662.
[26] Mondal, S., Mazumdar, C., Ranganathan, R., Alleno, E., Sreeparvathy, P. C., Kanchana, V., & Vaitheeswaran, G. (2018). Ferromagnetically correlated clusters in semimetallic Ru 2 NbAl Heusler alloy and its thermoelectric properties. Physical Review B, 98: 205130.
[27] Born, M., & Oppenheimer, R. (1927). Zur Quantentheorie der Molekeln. Annalen der Physik, 389, 457-484
[28] Hohenberg, P., & Kohn, W. (1964). Inhomogeneous electron gas. Physical review, 136:864.
[29] Kohn, W., & Sham, L. J. (1965). Self-consistent equations including exchange and correlation effects. Physical review, 140: 1133.
[30] Blaha, P., Schwarz, K., Sorantin, P., & Trickey, S. B. (1990). Full-potential, linearized augmented plane wave programs for crystalline systems. Computer physics communications, 59: 399-415.
)