KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi / 2024 / Cilt: 5 Sayı: 2

AlGaSe/GaSe Heteroyapısının Elektronik Özelliklerinin İncelenmesi: Yoğunluk Fonksiyonel Çalışması

Investigation of Electronic Properties of AlGaSe/GaSe Heterostructure: A Denstiy Functional Study

Celal Yelgel(RECEP TAYYİP ERDOĞAN ÜNİVERSİTESİ)0000-0003-4164-477X
Sayfa
93–102
Yayın Tarihi
2024-12-31
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bulgularımız, vdW AlGaSe/GaSe heteroyapısını kullanarak yeni iki boyutlu nanoelektronik cihazlar oluşturmak için heyecan verici olasılıkları ortaya koymaktadır.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bilim camiası iki boyutlu (2D) malzemeler alanına büyük ilgi göstermiştir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Belirli bir yönde kuantum kısıtlaması nedeniyle, 2D malzemeler yığın formlarında bulunmayan büyüleyici özellikler sergiler.
💡
Sonuç & Katkı:Bulgularımız, vdW AlGaSe/GaSe heteroyapısını kullanarak yeni iki boyutlu nanoelektronik cihazlar oluşturmak için heyecan verici olasılıkları ortaya koymaktadır.
🔬Tür:Araştırma Makalesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:heteroyapı · birinci prensipler hesaplamaları · iki boyutlu malzemeler

Özet

Bilim camiası iki boyutlu (2D) malzemeler alanına büyük ilgi göstermiştir. Belirli bir yönde kuantum kısıtlaması nedeniyle, 2D malzemeler yığın formlarında bulunmayan büyüleyici özellikler sergiler. Yarı iletken 2D malzemelerin ortaya çıkmasıyla birlikte, keşfedilecek çok çeşitli elektronik özellikler ortaya çıkmakta ve bu da yeni nesil elektronik cihazların geliştirilmesi için heyecan verici olanaklar sunmaktadır. Bu bağlamda ortaya çıkan bir malzeme sınıfıda III-VI monokalsojenidleri (InSe; indiyum selenid ve GaSe; galyum selenid) olmuştur. Geçiş metal dikalkojenitlerin aksine, araştırmacılar III-VI monokalsojenidlerin yüksek içsel hareketliliğe ve küçük kalınlıklarda doğrudan bant aralığına sahip olmalarından dolayı teknolojik uygulamaları bu malzeme sınıfını araştırmaya yönelmiştir. Dolayısıyla bu çalışmada, AlGaSe/GaSe heteroyapısının yapısal ve elektronik özelliklerini yoğunluk fonksiyonel teorisi ile araştırıyoruz. GaSe, AlGaSe tek tabakası ile nispeten zayıf bir bağ oluşturmakta ve 9,089 meV/atom adsorpsiyon enerjisi sergilemektedir. AlGaSe/GaSe heteroyapısının van der Waals (vdW) tipi bir etkileşimi gösteren 3.379 Å'luk bir ara katman mesafesi ile enerjik olarak elverişli olduğu bulunmuştur. En kararlı istifleme konfigürasyonu farklı biriktirme dizileri ile doğrulanmıştır. AlGaSe/GaSe heteroyapısı, 1.774 eV bant aralığı değeri ile dolaylı bir bant aralığı yarı iletken özelliği sergilemektedir. Bulgularımız, vdW AlGaSe/GaSe heteroyapısını kullanarak yeni iki boyutlu nanoelektronik cihazlar oluşturmak için heyecan verici olasılıkları ortaya koymaktadır.

Abstract

The scientific community has shown significant interest in the field of two-dimensional (2D) materials. Due to the phenomenon of quantum confinement in a specific direction, 2D materials exhibit fascinating properties that are not present in their bulk form. With the emergence of semiconducting 2D materials, there is a wide array of electronic properties to explore, opening up exciting possibilities for the development of next-generation electronics. An emerging class of materials includes the III-VI monochalcogenides, with indium selenide (InSe) and gallium selenide (GaSe) being two prominent members. Unlike transition metal dichalcogenides, researchers have been drawn to investigate the underlying physical phenomena and technological applications of materials with high intrinsic mobility and a direct bandgap at small thicknesses. In this work, we explore the structural and electronic characteristics of AlGaSe/GaSe heterstructure by density functional theory. The GaSe forms a relatively weak bond with the AlGaSe monolayer, exhibiting an adsorption energy of 9.089 meV/atom. It is found that the heterobilayer is energetically favourable, with an interlayer distance of 3.379 Å, indicating a van der Waals (vdW) type interaction. The most stable stacking configuration is confirmed with different deposition sequences. The AlGaSe/GaSe heterostructure exhibits an indirect band gap semiconductor characteristic, with a bandgap value of 1.774 eV. Our findings showcase the exciting possibilities for creating novel two-dimensional nanoelectronic devices using the vdW heterostructure.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Yelgel, C. (2024). AlGaSe/GaSe Heteroyapısının Elektronik Özelliklerinin İncelenmesi: Yoğunluk Fonksiyonel Çalışması. Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi Fen ve Mühendislik Bilimleri Dergisi, Cilt: 5 Sayı: 2, 93–102. https://doi.org/10.53501/rteufemud.1498173

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (33)

  1. Ahmed, S. and Yi, J. (2017). Two-dimensional transition metal dichalcogenides and their charge carrier mobilities in field-effect transistors. Nano-Micro Letters, 9(50), 1-23. https://doi.org/10.1007/S40820-017-0152-6
  2. Bhimanapati, G.R., Lin, Z., Meunier, V., Jung, Y., Cha, J., Das, S., Xiao, D., Son, Y., Strano, M.S., Cooper, V.R., Liang, L., Louie, S.G., Ringe, E., Zhou, W., Kim, S.S., Naik, R.R., Sumpter, B.G., Terrones, H., Xia, F., Wang, Y., Zhu, J., Akinwande, D., Alem, N., Schuller, J.A., Schaak, R.E., Terrones, M., Robinson, J.A. (2015). Recent advances in two-dimensional materials beyond graphene. ACS Nano, 9(12), 11509–11539. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b05556
  3. Bhuiyan, M.A., Kudrynskyi, Z.R., Mazumder, D., Greener, J. D. G., Makarovsky, O., Mellor, C. J., Vdovin, E.E., Piot, B.A., Lobanova, I.I., Kovalyuk, Z.D., Nazarova, M., Mishchenko, A., Novoselov, K.S., Cao, Y., Eaves, L., Yusa, G., Patanè, A. (2019). Photoquantum hall effect and light-induced charge transfer at the interface of graphene/inse heterostructures. Advanced Functional Materials, 29(3), 1805491. https://doi.org/10.1002/ADFM.201805491
  4. Cao, W., Kang, J., Sarkar, D., Liu, W., Banerjee, K. (2015). 2D semiconductor fets - projections and design for sub-10 nm VLSI. IEEE Transactions on Electron Devices, 62(11), 3459–3469. https://doi.org/10.1109/TED.2015.2443039
  5. Crowley, J.M., Tahir-Kheli, J., Goddard, W.A. (2016). Resolution of the band gap prediction problem for materials design. Journal of Physical Chemistry Letters, 7(7), 1198–1203. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5b02870
  6. El‐Mahalawy, S.H. and Evans, B.L. (1977). Temperature dependence of the electrical conductivity and hall coefficient in 2H-MoS2, MoSe2, WSe2, and MoTe2. Physica Status Solidi (b), 79(2), 713–722. https://doi.org/10.1002/PSSB.2220790238
  7. Fiori, G., Bonaccorso, F., Iannaccone, G., Palacios, T., Neumaier, D., Seabaugh, A., Banerjee, S.K., Colombo, L. (2014). Electronics based on two-dimensional materials. Nature Nanotechnology, 9(10), 768–779. https://doi.org/10.1038/nnano.2014.207
  8. Giannozzi, P., Baroni, S., Bonini, N., Calandra, M., Car, R., Cavazzoni, C., Ceresoli, D., Chiarotti, G.L., Cococcioni, M., Dabo, I., Corso, A.D., Gironcoli, S., Fabris, S., Fratesi, G., Gebauer, R., Gerstmann, U., Gougoussis, C., Kokalj, A., Lazzeri, M., Martin-Samos, L., Marzari, N., Mauri, F., Mazzarello, R., Paolini, S., PAsquarello, A., PAulatto, L., Sbraccia, C., Scandolo, S., Sclauzero, G., Seitsonen, A.P., Smogunıv, A., Umari, P., Wentzcovitch, R.M. (2009). Quantum Espresso: A modular and open-source software project for quantumsimulations of materials. Journal of Physics: Condensed Matter, 21(39), 395502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/39/395502
  9. Grimme, S. (2006). Semiempirical GGA-type density functional constructed with a long-range dispersion correction. Journal of Computational Chemistry, 27(15), 1787–1799. https://doi.org/10.1002/JCC.20495
  10. Grimme, S., Hansen, A., Brandenburg, J. G., and Bannwarth, C. (2016). Dispersion-Corrected Mean-Field Electronic Structure Methods. Chemical Reviews, 116(9), 5105–5154. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00533
  11. Hu, P., Wang, L., Yoon, M., Zhang, J., Feng, W., Wang, X., Wen, Z., Idrobo, J.C., Miyamoto, Y., Geohegan, D.B., Xiao, K. (2013). Highly responsive ultrathin GaS nanosheet photodetectors on rigid and flexible substrates. Nano Letters, 13(4), 1649–1654. https://doi.org/10.1021/nl400107k
  12. Jie, W., Chen, X., Li, D., Xie, L., Yu Hui, Y., Ping Lau, S., Cui, X., Hao, J. (2015). Layer-dependent nonlinear optical properties and stability of non-centrosymmetric modification in few-layer GaSe sheets. Angewandte Chemie International Edition, 54(4), 1185–1189. https://doi.org/10.1002/ANIE.201409837
  13. Jin, H., Li, J., Wang, B., Yu, Y., Wan, L., Xu, F., Dai, Y., Wei, Y., Guo, H. (2016). Electronics and optoelectronics of lateral heterostructures within monolayer indium monochalcogenides. Journal of Materials Chemistry C, 4(47), 11253–11260. https://doi.org/10.1039/C6TC04241D
  14. Jung, C.S., Shojaei, F., Park, K., Oh, J. Y., Im, H.S., Jang, D. M., Park, J., Kang, H.S. (2015). Red-to-ultraviolet emission tuning of two-dimensional Gallium Sulfide/Selenide. ACS Nano, 9(10), 9585–9593. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b04876
  15. Liu, Y., Duan, X., Huang, Y., Duan, X. (2018). Two-dimensional transistors beyond graphene and TMDCs. Chemical Society Reviews, 47(16), 6388–6409. https://doi.org/10.1039/C8CS00318A
  16. Luo, W., Cao, Y., Hu, P., Cai, K., Feng, Q., Yan, F., Yan, T., Zhang, X., Wang, K. (2015). Gate tuning of high-performance InSe-based photodetectors using graphene electrodes. Advanced Optical Materials, 3(10), 1418–1423. https://doi.org/10.1002/ADOM.201500190
  17. Methfessel, M. and Paxton, A.T. (1989). High-precision sampling for Brillouin-zone integration in metals. Physical Review B, 40(6), 3616-3621. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.40.3616
  18. Miró, P., Audiffred, M., Heine, T. (2014). An atlas of two-dimensional materials. Chemical Society Reviews, 43(18), 6537–6554. https://doi.org/10.1039/C4CS00102H
  19. Monkhorst, H.J. and Pack, J.D. (1976). Special points for Brillouin-zone integrations. Physical Review B, 13(12), 5188-5192. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
  20. Mudd, G.W., Svatek, S.A., Hague, L., Makarovsky, O., Kudrynskyi, Z.R., Mellor, C.J., Beton, P.H., Eaves, L., Novoselov, K.S., Kocalyuk, Z.D., Vdovib, E.E., Marsden, A.J., Wilson, N.R., Patanè, A. (2015). High broad‐band photoresponsivity of mechanically formed InSe–Graphene van der Waals heterostructures. Advanced Materials, 27(25), 3760-3766. https://doi.org/10.1002/ADMA.201500889
  21. Naguib, M., Mochalin, V.N., Barsoum, M.W., Gogotsi, Y. (2014). MXenes: A new family of two-dimensional materials. Advanced Materials, 26(7), 992–1005. https://doi.org/10.1002/ADMA.201304138
  22. Novoselov, K.S., Geim, A.K., Morozov, S.V., Jiang, D., Zhang, Y., Dubonos, S.V., Grigorieva, I.V., Firsov, A.A. (2004). Electric field in atomically thin carbon films. Science, 306(5696), 666–669. https://doi.org/10.1126/science.1102896
  23. Sangwan, V.K. and Hersam, M.C. (2018). Electronic transport in two-dimensional materials. Annual Review of Physical Chemistry, 69(69), 299–325. https://doi.org/10.1146/annurev-physchem-050317-021353
  24. Tamalampudi, S.R., Lu, Y.Y., Kumar, U.R., Sankar, R., Liao, C.D., Moorthy, K.B., Cheng, C.H., Chou, F.C., Chen, Y.T. (2014). High performance and bendable few-layered InSe photodetectors with broad spectral response. Nano Letters, 14(5), 2800–2806. https://doi.org/10.1021/nl500817g
  25. Tonndorf, P., Schwarz, S., Kern, J., Niehues, I., Del Pozo-Zamudio, O., Dmitriev, A.I., Bakhtinov, A.P., Borisenko, D.N., Kolesnikov, N.N., Tartakovskii, A.I. (2017). Single-photon emitters in GaSe. 2D Materials, 4(2), 021010. https://doi.org/10.1088/2053-1583/AA525B
  26. Vanderbilt, D. (1990). Soft self-consistent pseudopotentials in a generalized eigenvalue formalism. Physical Review B, 41(11), 7892-7895. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.41.7892
  27. Wallace, P.R. (1947). The band theory of graphite. Physical Review, 71(9), 622-634. https://doi.org/10.1103/PhysRev.71.622
  28. Wang, F.F., Hu, X.Y., Niu, X.X., Xie, J.Y., Chu, S.S., Gong, Q.H. (2018). Low-dimensional materials-based field-effect transistors. Journal of Materials Chemistry C, 6(5), 924–941. https://doi.org/10.1039/C7TC04819J
  29. Wang, Q.H., Kalantar-Zadeh, K., Kis, A., Coleman, J.N., Strano, M.S. (2012). Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nature Nanotechnology, 7(11), 699–712. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.193
  30. Wei, W., Dai, Y., Niu, C., Li, X., Ma, Y., Huang, B. (2015). Electronic properties of two-dimensional van der Waals GaS/GaSe heterostructures. Journal of Materials Chemistry C, 3(43), 11548–11554. https://doi.org/10.1039/C5TC02975A
  31. Zhang, W. X., Hou, J. T., Bai, M., He, C., Wen, J. R. (2023). Construction of novel ZnO/Ga2SSe (GaSe) vdW heterostructures as efficient catalysts for water splitting. Applied Surface Science, 634, 157648. https://doi.org/10.1016/J.APSUSC.2023.157648
  32. Zhou, J., Shi, J., Zeng, Q., Chen, Y., Niu, L., Liu, F., Yu, T., Suenaga, K., Liu, X., Lin, J. (2018). InSe monolayer: Synthesis, structure and ultra-high second-harmonic generation. 2D Materials, 5(2), 025019. https://doi.org/10.1088/2053-1583/AAB390
  33. Zhuang, H.L and Hennig, R.G. (2013). Computational search for single-layer transition-metal dichalcogenide photocatalysts. Journal of Physical Chemistry C, 117(40), 20440–20445. https://doi.org/10.1021/jp405808a