| تعداد نشریات | 49 |
| تعداد شمارهها | 1,317 |
| تعداد مقالات | 11,387 |
| تعداد مشاهده مقاله | 24,352,450 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 16,278,083 |
مدل سازی نظری، شبیه سازی محاسباتی و خواص الکترونی گرافن آلاییده شده با عناصر گروه III | ||
| فصلنامه علمی اپتوالکترونیک | ||
| مقاله 9، دوره 8، شماره 1 - شماره پیاپی 22، مهر 1404، صفحه 9-22 اصل مقاله (2.38 M) | ||
| نوع مقاله: پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30473/jphys.2025.73468.1231 | ||
| نویسندگان | ||
| قاسم فروزانی* 1؛ دستان هرمزی نژاد2 | ||
| 1پیام نور شیراز | ||
| 2گروه فیزیک دانشگاه پیام نور، صندوق پستی 19395-3697 ، تهران، ایران. | ||
| چکیده | ||
| گرافن با ویژگیهای استثنایی خود، مادهای پیشرو در فناوریهای مدرن محسوب میشود. با این حال، صفر بودن گاف انرژی در ساختار الکترونی آن، استفاده از گرافن را در کاربردهای پیشرفته مانند اپتوالکترونیک و محاسبات کوانتومی محدود میکند. این تحقیق اثر آلایش گرافن با عناصر گروه Ш (بور، آلومینیوم، گالیم و ایندیم) را برای بهبود خواص آن بررسی میکند. با استفاده از نظریه تابعی چگالی (DFT) و تقریب چگالی موضعی (LDA) در نرمافزار Quantum Espresso و ابزارهای BURAI و YAMBO، خواص ساختاری و الکترونی تحلیل شدند. آلایش متوسط بور (~68/16%) منجر به ایجاد گاف انرژی 6/0 تا 8/0 الکترونولت شد، در حالی که آلایش زیاد گالیم (50%) گافی حدود ~2 الکترونولت ایجاد کرد که موجب بهبود جذب نور مرئی شد. آلایش آلومینیوم و ایندیم باعث بهبود خواص اپتوالکترونیکی شد و ایندیم چگالی حالات نزدیک به سطح فرمی و جذب مادون قرمز را افزایش داد. شبیهسازی دینامیک مولکولی تأیید کرد که آلایش، پایداری ساختاری گرافن و عملکرد آن را حفظ میکند. این پژوهش پتانسیل آلایش دقیق برای بهینهسازی گرافن در حسگرهای نوری، دستگاههای اپتوالکترونیکی و فناوریهای کوانتومی را برجسته میکند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| گرافن؛ آلایش؛ عناصر گروهШ؛ گاف نواری؛ نظریه تابعی چگالی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Theoretical modeling, computational simulation and electronic properties of graphene doped with group III elements | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Ghasem Forozani1؛ Dastan Hormozinejad2 | ||
| 1Department of Physics, Payame Noor University | ||
| 2Department of Physics, Payame Noor University (PNU), Tehran, Iran. | ||
| چکیده [English] | ||
| Graphene, with its exceptional properties, is pivotal in modern technologies. However, its zero band gap limits advanced applications like optoelectronics and quantum computing. This study investigates doping graphene with group III elements (boron, aluminum, gallium, and indium) to enhance its properties. Using DFT and LDA in Quantum Espresso, along with BURAI and YAMBO tools, structural and electronic properties were analyzed. Moderate boron doping (~16.68%) introduced a 0.6-0.8 eV band gap, while high gallium doping (50%) achieved ~2 eV, enhancing visible light absorption. Aluminum and indium doping improved optoelectronic properties, with indium increasing states near the Fermi level and infrared absorption. Molecular dynamics confirmed doping preserves graphene’s structural stability and performance. This work highlights the potential of precise doping to optimize graphene for sensors, optoelectronic devices, and quantum technologies. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Graphene, Doping, Group III Elements, Band Gap, Density Functional Theory | ||
| مراجع | ||
|
[1] Lee, C. , Wei, X. , Kysar, J. W. , & Hone, J. (2008). Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene. Science, 321(5887), 385–388. https://doi. org/10. 1126/science. 1157996
[2] Kostarelos, K. , & Novoselov, K. S. (2014). Exploring the interface of graphene and biology. Science, 344(6181), 261–263. https://doi. org/10. 1126/science. 1246736
[3] Wakabayashi, K. , Sasaki, K. , Akanishi, T. , & Enoki, T. (2010). Electronic states of graphene nanoribbons and analytical solutions. Physical Review B, 81 (12), 125310.
[4] Kumar, S. , Himanshi, H. , Prakash, J. , Verma, A. , Suman, S. , Jasrotia, R. , Kandwal, A. , Verma, R. , Godara, S. K. , Khan, M. A. M. , Alshehri, S. M. , & Ahmed, J. (2023). A review on properties and environmental applications of graphene and its derivative-based composites. Catalysts, 13(1), 111. https://doi. org/10. 3390/catal13010111
[5] Ter Minassian-Saraga, L. (1994). Thin films including layers: Terminology in relation to their preparation and characterization (IUPAC Recommendations 1994) [PDF]. Pure and Applied Chemistry, 66(8), 1667–1738. https://doi. org/10. 1351/pac199466081667
[6] Allen, M. J. , Tung, V. C. , & Kaner, R. B. (2010). Honeycomb carbon: A review of graphene. Chemical Reviews, 110(1), 132–145. https://doi. org/10. 1021/cr900070d
[7] Bernevig, B. A. , Hughes, T. L. , & Zhang, S. -C. (2017). Topological states of condensed matter. Nature Materials, 16(11), 1105–1111. https://doi. org/10. 1038/nmat5012
[8] Varghese, S. S. , Swaminathan, S. , Singh, K. K. , & Mittal, V. (2016). Energetic stabilities, structural and electronic properties of monolayer graphene doped with boron and nitrogen atoms. Electronics, 5(4), 91. https://doi. org/10. 3390/electronics5040091
[9] Geim, A. K. , & Novoselov, K. S. (2007). The rise of graphene. Nature Materials, 6(3), 183–191. https://doi. org/10. 1038/nmat1849
[10] Castro Neto, A. H. , Guinea, F. , Peres, N. M. R. , Novoselov, K. S. , & Geim, A. K. (2009). The electronic properties of graphene. Reviews of Modern Physics, 81(1), 109–162. https://doi. org/10. 1103/RevModPhys. 81. 109
[11] Kumar, A. , Kumar, A. , & Kar, K. K. (2021). Estimation of number of graphene layers using different methods: A focused review. Materials, 14(16), 4590. https://doi. org/10. 3390/ma14164590
[12] Bakhsh, S. (2023). Fullerene, Carbon Nanotubes, and Graphene: A comprehensive review. Karbala International Journal of Modern Science, 9(3), 1–15. https://doi. org/10. 34190/10. 371996564
[13] Varghese, S. S. , Swaminathan, S. , Singh, K. K. , & Mittal, V. (2016). Energetic stabilities, structural and electronic properties of monolayer graphene doped with boron and nitrogen atoms. Electronics, 5(4), 91. https://doi. org/10. 3390/electronics5040091
[14] Allen, M. J. , Tung, V. C. , & Kaner, R. B. (2010). Honeycomb carbon: A review of graphene. Chemical Reviews, 110(1), 132–145. https://doi. org/10. 1021/cr900070d
[15] Yan, B. , & Felser, C. (2017). Topological semimetals. Annual Review of Condensed Matter Physics, 8(1), 337–354. https://doi. org/10. 1146/annurev-conmatphys-031016-025458
[16] Wehling, T. O. , Black-Schaffer, A. M. , & Balatsky, A. V. (2014). Dirac materials. Advances in Physics, 63(1), 1–76. https://doi. org/10. 1080/00018732. 2014. 927109
[17] Varghese, S. S. , Swaminathan, S. , Singh, K. K. , & Mittal, V. (2016). Energetic stabilities, structural and electronic properties of monolayer graphene doped with boron and nitrogen atoms. Materials, 9(12), 1011. https://doi. org/10. 3390/ma9121011
[18] Qian, Y. , Kan, E. , Deng, K. , & Wu, H. (2020). Moderate bandgap and high carrier mobility simultaneously realized in bilayer silicene by oxidation. Europhysics Letters, 131(3), 37002. https://doi. org/10. 1209/0295-5075/131/37002
[19] Song, S. H. , Kim, Y. D. , He, D. , Zhou, J. , Castellanos-Gomez, A. , Peeters, F. M. , Liu, Z. , Hinkle, C. L. , Oh, S. H. , Ye, P. D. , Koester, S. J. , Lee, Y. H. , Avouris, P. , Wang, X. , & Low, T. (2020). Bandgap engineering of two-dimensional semiconductor materials. npj 2D Materials and Applications, 4, Article 29. https://doi. org/10. 1038/s41699-020-00168-4
[20] Sangalli, D. , Ferretti, A. , Miranda, H. , Attaccalite, C. , Marri, I. , Cannuccia, E. , Melo, P. , Marsili, M. , Paleari, F. , Marrazzo, A. , Prandini, G. , Bonfà, P. , Atambo, M. O. , Affinito, F. , Palummo, M. , Molina-Sánchez, A. , Hogan, C. , Grüning, M. , Varsano, D. , & Marini, A. (2019). Many-body perturbation theory calculations using the yambo code. Journal of Physics: Condensed Matter, 31(32), 325902. https://doi. org/10. 1088/1361-648X/ab15d0
[21] Zhang, Y. , Fu, Y. , Mao, Q. , Zhang, G. , Zhang, W. , Wang, Y. , & Yang, W. (2022). First-principle calculation of electronic structure and optical properties of (P, Ga, P–Ga) doped graphene. Open Physics, 20(1), 529–538. https://doi. org/10. 1515/phys-2022-0061
[22] Chen, Z. , Li, W. , Li, R. , Zhang, Y. , Xu, G. , & Cheng, H. (2023). Fabrication of highly transparent and conductive indium–tin oxide thin films with a high figure of merit via solution processing. Journal of Materials Chemistry C, 11(12), 4567-4575. https://doi. org/10. 1039/D3TC00456K
[23] Shinde, D. B. , Majumder, M. , Rajalakshmi, N. , & Ramaprabhu, S. (2019). Gallium dopant-induced tunable electrical properties of reduced graphene oxide using metal organic chemical vapor deposition. Applied Surface Science, 504, 144500. https://doi. org/10. 1016/j. apsusc. 2019. 144500 | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 791 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 316 |
||