Platinum Adsorption and Diffusion on Two-Dimensional Gallium Nitride

Abstract

In this study, we examined the adsorption and diffusion of platinum (Pt)adatom on two-dimensional hexagonal gallium nitride (h-GaN), by using firstprinciplesplane-wave calculations. Two different levels of platinum coverage ratio(θ=1/8 and θ=1/32) were considered and the changes in the electronic structurefor high-level platinum coverage ratio (θ=1/8) were examined. Low-level coverageratio (θ=1/32) is used to calculate the diffusion barrier energy of Pt adatom onGaN monolayer. Our theoretical calculations have shown that Pt atom stronglybinds on the top of nitrogen atoms in GaN monolayer and high energy is requiredfor its diffusion. While GaN monolayer has 2.1 eV indirect band gap (Γ→K), thisband gap reduces to 1.3 eV with Pt adsorption. These results may lead to furtherinvestigations on forming Pt nanoparticles or Pt coating on GaN sheet.

Özet

Bu çalışmada ilk prensipler düzlem dalga hesaplamaları temelinde platinyum atomunun iki boyutlu altıgen galyum nitrat (h-GaN) üzerindeki adsorpsiyonu ve difüzyonu incelendi. İki farklı platin kaplama oranı (θ = 1/8 ve θ = 1/32) dikkate alındı ve sadece yüksek seviyeli platin kaplama oranı (θ = 1/8) için elektronik yapıdaki değişiklikler incelendi. GaN tek tabakası üzerindeki Pt atomunun difüzyon bariyer enerjisini hesaplamak için düşük seviyeli kaplama oranı (θ = 1/32) kullanıldı. Teorik hesaplamalar, Pt atomunun GaN tek tabaka içindeki nitrojen atomlarının üstünden güçlü bir şekilde bağlandığını ve onu oradan difüze etmek için yüksek enerjiye ihtiyaç olduğunu göstermektedir. GaN tek tabakası, 2.1 eV doğrudan olmayan bant aralığına (Γ→K) sahip iken, bu bant aralığı Pt adsorpsiyonu ile 1.3 eV'ye düşmüştür. Bu sonuçların, gelecekte GaN tabakası üzerinde Pt nanopartiküllerin oluşturulması ya da Pt ile kaplanması üzerine çalışılmasının önünü açabileceği düşünülmektedir.