보로펜의 안정성 및 STM 이미지에 대한 제1원칙 연구

초록

아주 최근에, 보로펜(원자-얇은 2차원 붕소 시트)이 증착에 의해 Ag(111) 표면에 성공적으로 합성되었습니다. 두 종류의 구조가 발견되었습니다. 그러나 금속 기판에서 성장한 단층 붕소 시트의 식별과 다른 2D 붕소 시트의 안정성에 대해서는 논란이 있습니다. 첫 번째 원리 계산을 수행하여 본 연구는 금속 표면에서 가장 많이 성장한 붕소 시트, 즉 좌굴 삼각형 β₁₂의 원자 구조, 안정성 및 전자적 특성을 조사합니다. 및 χ₃ 결정 격자의 종류. 우리의 결과는 세 개의 독립 시트 모두가 열역학적으로 불안정하고 모두 금속임을 보여줍니다. 반면에, 우리의 결과는 Ag(111) 기질이 이러한 시트를 안정화한다는 것을 나타냅니다. 또한 Ag(111) 표면에 있는 이러한 단원자 얇은 붕소 시트의 시뮬레이션된 STM 이미지는 실험 관찰을 잘 재현하고 성장한 붕소 시트를 명확하게 식별합니다.

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배경

그래핀의 발견 이후 2차원(2D) 재료는 고유한 물리적 특성과 차세대 전자 및 에너지 변환 장치에 대한 잠재적인 응용으로 인해 가장 활발한 나노 재료 중 하나가 되었습니다[1,2,3,4,5, 6,7]. 최근 2차원 붕소 나노구조의 종류가 발견되어 상당한 주목을 받고 있다[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. 그러나 2D 붕소 시트가 매우 최근까지 실험적으로 실현될 수 있다는 증거는 없었습니다(Mannix et al. [22] 및 Feng et al. [23]은 원자 두께의 2D 붕소 시트를 실험적으로 구현하는 데 놀라운 발전을 이루었습니다. 확장된 2D 붕소 시트를 그래핀과 유사하게 "보로펜"이라고 합니다.

지난 20년 동안 수많은 2D 붕소 나노구조가 발견되었습니다[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21]. 육각 시트와 삼각형 시트[20, 21], 좌굴된 삼각형 시트[8] 외에도 α와 같이 육각 구멍이 있는 기타 2D 붕소 시트 -시트 [9, 18], β -시트 [9, 18], γ -시트[19], g1/8 및 g2/15 시트[15]는 ab initio 계산에 의해 검사되었습니다. 육각형 공극을 갖는 삼각형 평면 붕소 격자가 더 안정적이라고 제안되었다[9]. 그리고 육각형 구멍의 패턴이 다른 삼각형의 다양한 붕소 층이 계산 및 실험 연구 그룹 [11, 13, 14, 15, 16]에 의해 보고되었습니다. 그러나 이러한 모든 단일 원자 얇은 붕소 층은 붕소의 3차원(3D) 벌크 상태보다 에너지가 높기 때문에 붕소의 2D 구조가 열역학적으로 불리하다는 의미입니다. 따라서 원자를 2D 경로로 유인하기 위해 3D 핵 생성 장벽을 억제하려면 충분히 "끈적끈적한" 기질이 필요합니다.

최근에 금속 및 금속 붕소화물 기판에 붕소 시트를 형성하는 것이 첫 번째 원칙 계산에 의해 조사되었습니다[24]. 이는 붕소 시트가 Ag(111) 및 Au(111) 표면에서 성장할 수 있음을 시사합니다. 또한 Piazza et al.의 [14] 연구는 B₃₆ 무리; 중앙 육각형 구멍이 있는 매우 안정적인 평면 클러스터인 것으로 나타났습니다[14]. 보다 최근에 두 그룹[22, 23]은 분자 빔 에피택시를 통해 순수한 붕소 공급원을 직접 증발시켜 은 표면에 원자 두께의 결정질 2D 붕소 시트를 성공적으로 합성했습니다.

Mannix et al. [22]는 고해상도 STM(Scanning Tunneling Microscopy) 특성화를 사용하여 은 기판에서 붕소 시트의 두 가지 별개의 상인 스트라이프 상과 균질 상을 발견했습니다. Feng et al. [23]은 또한 Mannix 등의 보고서에서 보고된 것과 매우 유사한 붕소 시트의 두 단계를 발견했으며 지그재그 열의 돌출부가 있는 균질 단계를 χ₃로 설명했습니다. 붕소 시트의 격자. 반면에 스트라이프 단계에 대한 해석은 상당히 다릅니다. Mannix et al. [22]는 줄무늬 위상을 빈 공간이 없는 좌굴 삼각형 격자로 지정했습니다. 그러나 Feng et al. [23]은 스트라이프 위상을 β₁₂라고 알려진 육각형 구멍의 평행 행을 표시하는 직사각형 격자로 제안했습니다. 시트.

이러한 2D 붕소 시트의 정확한 구성과 특성, 그리고 응용은 엄청난 주목을 받았습니다[19, 22, 24, 25]. 좌굴된 삼각형 보로펜은 안락 의자 방향을 따라 그래핀을 초과하는 높은 영 계수를 갖는 고도의 이방성 금속이라고 보고되었습니다[22]. Sun et al. 또한 좌굴된 삼각형 보로펜의 격자 열전도율이 강한 이방성임을 발견했습니다[26]. 또한, Gao et al. β₁₂ 보로펜 및 χ₃ 보로펜은 MgB₂ 외에 붕소의 또 다른 초전도상일 수 있습니다. 박막[27]. 그러나 β₁₂의 열역학적 안정성은 보로펜 및 χ₃ borophene은 논란의 여지가 있습니다[27, 28]. Gao et al.의 연구에 따르면 둘 다 β₁₂ 보로펜 및 χ₃ 보로펜은 안정하다[27]. 그러나 Penev et al. 둘 다 β₁₂ 보로펜 및 χ₃ 보로펜은 포논 스펙트럼의 G 포인트 근처에 가상 주파수를 가지고 있습니다[28].

실험적으로 달성 가능한 보로펜에 대한 더 나은 이해를 제공하기 위해 우리는 가능한 원자 구조와 안정성, 첫 번째 원리 계산을 수행하여 전자 특성을 체계적으로 조사했습니다. 결과는 β₁₂ 및 χ₃ 시트는 열역학적으로 불안정합니다. 또한 좌굴 삼각형 β₁₂의 구성 및 χ₃ 시트는 모두 금속성 기능을 보여줍니다. 더욱이, 우리는 Ag(111) 표면에 있는 붕소의 독립형 및 에피택셜 단층에 대한 STM 이미지를 시뮬레이션했습니다. 버클이 있는 삼각형과 β₁₂를 찾았습니다. Ag(111) 표면의 붕소 시트는 모두 스트라이프 상으로 보이지만 거의 차이가 없습니다.

계산 방법

계산은 밀도 함수 이론(DFT)에 기반한 비엔나 ab-initio 시뮬레이션 패키지(VASP)를 사용하여 수행됩니다[29, 30]. 전자-이온 상호작용 계산을 위해 영사기-증강파(projector-augmented-wave) 방법이 채택되었습니다[31, 32]. 그리고 전자 교환-상관 상호 작용은 Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE) 기능을 사용하는 GGA(generalized gradient approximation)로 설명됩니다[33]. 파동 함수는 500eV의 에너지 차단으로 평면파 기반으로 확장되었습니다. 첫 번째 Brillion 영역은 버클이 있는 삼각형, β₁₂에 대해 25 × 15 × 1, 15 × 9 × 1 및 11 × 11 × 1 k-mesh로 샘플링되었습니다. 및 χ₃ 각각의 보로펜 단계. 2D 붕소 시트를 시뮬레이션하기 위해 Z 방향을 따라 최소 20Å의 진공 공간이 포함되어 주기적 이미지 간의 상호 작용을 최소화합니다. 수렴 기준은 10⁻⁵ 으로 설정되었습니다. 자체 일관성 프로세스를 위한 두 이온 단계 사이의 eV. 각 원자에 가해지는 힘이 0.02eV Å⁻¹ 미만이 될 때까지 모든 구조가 완전히 이완되었습니다. , 은 원자의 아래쪽 두 층이 고정되었습니다. Phonon 분산 스펙트럼은 PHONOPY 패키지[34]에서 구현된 유한 변위 방법을 사용하여 계산되었습니다.

STM 이미지는 Tersoff-Hamann 공식과 그 확장을 사용하여 시뮬레이션되었습니다[35]. 간단히 말해서 팁의 상태 밀도가 일정하다고 가정하면 STM 터널링 전류를 로컬 상태 밀도 $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $로 근사할 수 있습니다. 다음 표현식이 있는 유일한 변수:

$$ I(V)\propto {\int}_{E_{\mathrm{F}}}^{E_{\mathrm{F}}+ eV}\rho \left(\overrightarrow{r},E\right ) dE $$ $$ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right)=\sum_i\left|{\psi}_i{\left(\overrightarrow{r}\right)}^2\right| \delta \left(E-{E}_i\right) $$

여기서 $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $는 샘플 표면의 LDOS이고, $ {\psi}_i\left(\overrightarrow{r}\right) $는 에너지 E가 있는 샘플 파동 함수 _나 , 및 E _F 페르미 에너지이다. $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) $ 의 상태가 채워질 때 $ \rho \left(\overrightarrow{r},E\right) 를 참조하는 것도 일반적입니다. $ 상태의 전하 밀도로. 시뮬레이션된 STM 이미지는 계산된 전자 밀도를 기반으로 하는 정전류 모드를 사용하여 얻었습니다.

결과 및 토론

그림 1은 좌굴 삼각형 β₁₂에 대한 계산 결과를 보여줍니다. 및 χ₃ 보로펜의 격자 구조. 한 원자의 얇은 평면 육각형 구조의 그래핀과 달리 좌굴 삼각형 보로펜은 한 격자 방향을 따라 좌굴을 나타냅니다. 한편, β₁₂의 구조는 및 χ₃ 보로펜은 면외 좌굴이 없는 평면입니다. 그림 1a는 좌굴 삼각형 보로펜의 단위 셀에 두 개의 붕소 원자가 있음을 보여줍니다. 그리고 좌굴 삼각형 보로펜의 공간군은 Pmmn이다. 최적화된 격자 상수는 a입니다. =1.613 Å 및 b =2.866 Å, 이전의 이론 및 실험 결과와 잘 일치합니다[22]. β₁₂ 도 1b에 도시된 보로펜은 지그재그 방향을 따라 채워진 육각형과 비어 있는 육각형을 갖는다. 해당 공간 그룹은 P2mm입니다. 단위 셀에는 5개의 붕소 원자가 있습니다. 격자 상수는 a를 따라 2.916 및 5.075Å입니다. 그리고 b 지도. χ₃의 단위 셀 보로펜은 4개의 붕소 원자와 4.448Å의 격자 상수를 갖는 마름모꼴입니다. 그 공간군은 C2mm이다. 표 1은 격자 상수에 대한 계산 결과를 나열하며 이전 결과[22, 23, 27, 36]와 잘 일치합니다.

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버클이 있는 삼각형의 평면도 및 측면도(a ), β₁₂ (b ) 및 χ₃ (ㄷ ) 붕소 시트. 녹색 공은 붕소 원자를 나타냅니다. 검은색 실선으로 둘러싸인 직사각형과 마름모는 단위 셀을 나타냅니다. 문자 a 그리고 b 격자 매개변수를 나타냅니다.

그림 1과 같이 β₁₂ 및 χ₃ 시트가 있지만 좌굴 삼각형 격자에는 없으며 β₁₂의 공석 수 및 χ₃ 보로펜은 다릅니다. 공실 농도 η 단위 셀의 공실 부지 수와 총 부지(공실 포함) 간의 비율로 정의됩니다. 이는 글로벌 및 로컬 관점에서 붕소 시트를 설명하는 양입니다[9]. η β₁₂의 1/6입니다. 격자 및 1/5 in χ₃ 격자. β₁₂와 비교 격자, 그림 1c는 χ₃의 인접한 공석 행을 보여줍니다. borophene은 지그재그 방향으로 격자 상수의 절반만큼 이동하여 C2mm 대칭의 평면을 만듭니다.

세 구조에 대해 다음 방정식을 사용하여 각 붕소 원자의 평균 에너지를 계산하고 이를 사용하여 세 구조의 상대적 안정성을 비교합니다. 이 방법은 Ref. [23]

$$ {E}_{\mathrm{FB}}={E}_{\mathrm{보로펜}}/n $$

여기서 E _보로펜 그리고 n 는 각각 하나의 단위 셀에 있는 에너지와 붕소 원자의 수입니다. 계산된 결과는 표 2에 요약되어 있습니다. β₁₂ 위상이 가장 안정적이고 χ₃ 위상은 0.08eV의 상대적으로 높은 에너지로 가장 안정적이지 않습니다.

그런 다음 좌굴 삼각형 β₁₂의 세 가지 위상에 대한 포논 분산 스펙트럼을 계산했습니다. 및 χ₃ 보로펜. 그림 2는 높은 대칭 방향에 따른 포논 분산 스펙트럼을 보여줍니다. 그림 2a에서 볼 수 있듯이 좌굴된 삼각형 보로펜에는 3개의 음향 및 3개의 광학 포논 가지가 있습니다. 또한 X-G 방향을 따라 G 점 근처에 허수 값을 표시하여 a를 따라 격자가 불안정함을 나타냅니다. a를 따라 형성된 줄무늬를 설명하는 방향 실험 STM 이미지의 방향[23]. 실제로 최근 연구에 따르면 2축 인장 및 1축 인장은 0.08%의 인장 응력하에서도 독립 좌굴 삼각 보로펜을 안정화할 수 없다고 제안되었다[36, 37]. 그림 2b, c는 β₁₂의 G 지점 근처에도 가상 주파수가 있음을 보여줍니다. 및 χ₃ 단계. 우리의 결과는 좌굴 삼각형의 세 단계 모두 β₁₂ 및 χ₃ 불안정합니다.

<그림>

a의 포논 분산 버클이 있는 삼각형, b β₁₂ , 및 c χ₃ 붕소 시트. 높은 대칭점이 왼쪽 모서리에 표시됩니다.

우리는 좌굴 삼각형 보로펜, β₁₂의 전자 구조를 더 연구했습니다. 보로펜 및 χ₃ 보로펜. 높은 대칭 방향을 따라 계산된 밴드 구조는 그림 3에 나와 있습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 좌굴 삼각형 β₁₂ 및 χ₃ 보로펜은 금속입니다. 특히, 그림 3a와 같이 좌굴된 삼각형 보로펜의 경우 세 개의 에너지 밴드가 페르미 준위를 가로지릅니다. 하나는 S-Y 방향을 따르고 다른 두 개는 G-X 방향을 따릅니다. 그러나 위 섹션에서 좌굴된 삼각형이 b X–S 및 Y–G 방향을 따라 각각 9.63 및 4.32 eV의 밴드갭을 엽니다. 이는 좌굴된 삼각형 보로펜이 강한 이방성을 갖는 금속으로 거동하고 전기 전도성이 주름이 없는 a를 따라 제한됨을 나타냅니다. 방향.

<그림>

a에 대한 계산된 밴드 구조 버클이 있는 삼각형, b β₁₂ , 및 c χ₃ 붕소 시트. 페르미 에너지는 0으로 설정되었습니다. 높은 대칭 지점은 왼쪽 모서리에 표시됩니다.

또한 좌굴 삼각형 β₁₂의 원자 구조와 안정성을 연구했습니다. 및 χ₃ Ag(111) 기판의 붕소 시트. 결과는 그림 4에 나와 있습니다. Ag(111) 표면의 좌굴 삼각형 보로펜의 단위 셀은 독립형 좌굴 삼각형 보로펜의 (1×3) 슈퍼셀과 Ag의 직사각형 1×(√3)R30° 슈퍼셀입니다. (111) 기질. β₁₂ 구성의 경우 Ag(111) 표면의 시트에서 단위 셀은 β₁₂의 단위 셀입니다. 보로펜 및 Ag(111) 표면의 1×(√3)R30° 슈퍼셀. 우리의 계산에 따르면 β₁₂ 보로펜은 좌굴 삼각형 보로펜(~ 3% 불일치)보다 Ag(111) 표면과 더 잘 일치합니다(~ 1% 불일치). χ₃ borophene은 그림 4c, d와 같이 Ag(111) 표면에 두 가지 구성을 형성하며 χ₃로 명명됩니다. 및 χ₃ '. χ₃의 단위 셀 격자 상수가 a인 마름모입니다. =8.67 Å, χ₃의 단위 셀 '는 격자 매개변수가 a인 사방정계입니다. =2.89 Å 및 b =25.02 Å; Ag(111) 표면의 1×(5√3)R30° 슈퍼셀입니다.

<그림>

Ag(111) 표면의 붕소 시트의 평면도와 측면도. 아 버클이 달린 삼각형, b β₁₂ , ㄷ χ₃ , 및 d χ₃ ' 붕소 시트. 녹색 및 회색 공은 각각 붕소 및 은 원자를 나타냅니다. 검은색 실선으로 둘러싸인 직사각형과 마름모는 Ag(111) 표면의 붕소 시트의 단위 셀을 나타냅니다.

우리의 계산에 따르면, Ag(111) 표면에서 좌굴 삼각형 보로펜의 하부 및 상부 붕소 원자층까지의 수직 거리는 각각 2.5 및 3.3Å이며, 이는 붕소 시트와 Ag 기판 사이의 약한 상호 작용을 나타냅니다. β₁₂ , χ₃ 및 χ₃ ' 시트는 모두 Ag(111) 표면에서 평면을 유지하며 붕소 시트와 Ag 표면 사이의 수직 거리는 2.4~2.9Å입니다. 결과는 Mannix et al.에 의해 보고된 ~ 2.7 ~ 3.1Å의 측정된 두께와 일치합니다. [22]. 좌굴 삼각형 β₁₂의 원자 구조를 비교했습니다. , χ₃ 및 χ₃ ' 독립형 보로펜의 대응물과 함께 Ag 기판 상의 보로펜 상을 비교하고 이 네 가지 구조가 거의 변하지 않는다는 것을 발견했습니다. 좌굴 높이 h 좌굴 삼각형 보로펜의 길이는 0.910에서 0.857Å으로 더 짧고 B-B 길이는 약 0.1Å 더 깁니다. 또한 β₁₂의 육각형 공석은 borophene은 방향을 따라 수축하고 χ₃ 보로펜이 조금 더 커집니다.

독립형 보로펜의 상대적 안정성에 대한 계산과 유사하게 다음 공식을 통해 Ag(111) 표면의 붕소 시트에 대한 각 붕소 원자의 평균 에너지를 추가로 계산했습니다.

$$ {E}_{\mathrm{EB}}=\frac{1}{n}\left({E}_{\mathrm{tot}}-{E}_{\mathrm{sub}}\right ) $$

여기서 E _꼭 는 붕소 시트와 Ag(111) 표면의 총 에너지, E _서브 는 Ag 기질의 에너지이고, n 는 하나의 단위 셀에 있는 붕소 원자의 수입니다. 우리의 결과는 좌굴 삼각형, β₁₂를 형성할 가능성을 보여줍니다. , χ₃ 및 χ₃ ' Ag(111) 표면의 격자는 근접 에너지를 기반으로 유사합니다. 또한 Ag(111) 표면의 보로펜 에너지는 독립 시트에 비해 붕소 원자당 0.1~0.2 eV 낮습니다. 이것은 Ag(111) 표면이 보로펜을 안정화시킨다는 것을 의미합니다.

그림 5는 Ag(111) 표면의 독립형 및 성장된 붕소 시트에 대한 시뮬레이션된 STM 이미지와 독립형 붕소 시트의 부분 전하 밀도를 보여줍니다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 독립 좌굴 삼각형 붕소 시트는 밝은 반점의 줄무늬를 특징으로 한다. 그림 5d는 밝은 점이 p_z 상부 붕소 원자의 궤도. 그림 5b는 밝은 육각형으로 둘러싸인 어두운 둥근 점의 행을 보여줍니다. 분명히, β₁₂의 육각형 공석은 그림 1b에 표시된 격자는 어두운 반점을 생성하는 반면 밝은 육각형은 σ에 해당합니다. 그림 5e와 같이 육각형 구멍 주위의 붕소 원자 궤도. 도 5c에 도시된 바와 같이, χ₃ 시트는 아령 모양의 밝은 반점의 능면체 패턴을 표시합니다. 이 밝은 덤벨 반점은 실제로 p_z 두 개의 붕소 원자의 궤도와 σ 그들 사이에 형성된 궤도.

<그림>

Ag(111) 표면의 독립 및 에피택셜 붕소 시트의 시뮬레이션된 STM 이미지. 독립형 a 삼각형, b β₁₂ , 및 c χ₃ 붕소 시트. 독립형 d의 부분 전하 밀도 삼각형, e β₁₂ , 및 f χ₃ 붕소 시트. 지 버클이 달린 삼각형, h β₁₂ , 나 χ₃ , 및 j χ₃ ' Ag(111) 표면의 붕소 시트. 바이어스 전압은 1.0V입니다. 녹색 볼은 붕소 원자를 나타냅니다. 빨간색 실선으로 둘러싸인 직사각형과 마름모는 각각 Ag(111) 표면의 독립형 및 성장 붕소 시트의 단위 셀을 나타냅니다. 실험적으로 관찰된 k Ref.의 스트라이프 위상 [22], l Ref.의 스트라이프 위상 [23] 및 m Ref. [23]

Ag 기판의 붕소 시트는 모두 borophene과 Ag(111) 표면의 단위 셀 사이의 불일치로 인해 독립형 시트에 비해 더 큰 단위 패턴을 가지고 있습니다. 그림 5g는 Ag(111) 표면의 좌굴 삼각형 붕소 시트에 대한 시뮬레이션된 STM 이미지를 보여줍니다. 그것은 실험 관찰과 매우 잘 일치하는 방추 모양의 밝은 점 줄무늬를 나타냅니다[22]. Fig. 5a에서 보인 좌굴 삼각형 붕소 시트의 이미지와 비교하여, Ag(111) 표면의 STM 이미지의 단위 셀은 3배로 증가하였다. 그리고 모양이 원형에서 스핀들로 바뀝니다. β₁₂의 STM 이미지 그림 5h에 표시된 Ag(111) 표면의 시트는 네 모서리에 4개의 밝은 점으로 둘러싸인 어두운 타원형 점의 행을 보여줍니다. 독립형 β₁₂의 이미지와 다릅니다. 그림 5b에 표시된 시트에서 밝은 점은 p_z 육각형 중심에 있는 붕소 원자의 궤도. 도 5i에 도시된 바와 같이, χ₃ 시트는 실험적으로 관찰된 S2 상과 잘 일치하는 능면체 STM 패턴을 가지고 있습니다[23]. 능면체 단위 셀의 밝은 점 그룹은 σ에 해당합니다. 궤도 및 p_z 단위 셀에 있는 더 높은 붕소 원자의 궤도, 반면에 다른 붕소 원자는 더 낮기 때문에 보이지 않습니다.

Mannix et al. [22] 및 Feng et al. [23] 둘 다 STM 관찰을 기반으로 Ag(111) 표면의 2D 붕소 시트에 대한 스트라이프 위상을 보고했으며 두 STM 이미지 모두 평행한 돌기 행을 특징으로 합니다. 그러나 두 실험 관찰에서 밝은 점의 모양은 다릅니다. Mannix et al.의 보고서[22]에서는 방추형이고 Feng et al.의 보고서[23]에서는 타원형입니다. 좌굴 삼각형 및 β₁₂의 시뮬레이션된 STM 이미지 붕소 시트는 Ref. [22] 및 Ref. [23], 각각 그림 5g, h의 이미지는 Mannix et al. [22] 및 Feng et al. [23]. 또한 좌굴 삼각형과 β₁₂의 두 격자를 구별하는 방법을 제공합니다. . χ₃의 STM 이미지는 그림 5i와 같이 Ag(111) 표면의 시트는 실험적 관찰[23]과 일치하지만, 우리의 결과는 밝은 점이 채워진 삼각형 대신 육각형 공석의 가장자리에 있는 붕소 원자에서 비롯됨을 나타냅니다. Ref. [23].

Ag(111) 표면에 있는 붕소 시트의 격자 구조를 더 구별하기 위해 여러 바이어스 전압에서 Ag(111)에 있는 붕소 시트의 STM 이미지를 시뮬레이션했습니다. 그림 6에서 볼 수 있듯이 좌굴 삼각형 보로펜에 대한 시뮬레이션된 STM 이미지는 양의 전압에서 스핀들 모양의 밝은 점 줄무늬를 표시합니다. 그러나 - 0.4V의 음의 바이어스 전압에서 시뮬레이션된 STM 이미지는 밝고 어두운 줄무늬를 보여 실험 결과와 잘 일치합니다[22]. 한편, β₁₂의 시뮬레이션된 STM 이미지는 보로펜은 양극 및 음극 바이어스 전압 모두에서 타원형을 유지합니다. 따라서 좌굴된 삼각형 구조는 스트라이프 상의 올바른 구성일 가능성이 더 높습니다. χ₃의 STM 이미지는 borophene, 그림 6은 모든 이미지의 밝은 점이 육각형 공석의 가장자리에 있는 붕소 원자에서 비롯되지만 전압이 양에서 음으로 변할 때 밝은 대비가 변경됨을 나타냅니다. 바이어스 전압이 0.2이고 - 0.4 V이므로 스폿의 밝기가 비슷합니다. 또한 χ₃에 대한 시뮬레이션된 STM 이미지 ' 구성은 0.8~- 1.0V의 바이어스 전압에서 유사하게 보입니다(그림 6). 그것들은 모두 육각형 공석의 가장자리에 있는 붕소 원자에서 나오는 밝은 점을 보여주지만 단위 셀 중앙의 높은 붕소 원자만 보이고 낮은 붕소 원자는 보이지 않습니다.

<그림>

Ag(111)의 붕소 시트에 대한 시뮬레이션된 STM 이미지. a에서 Ag(111)의 버클이 있는 삼각형 보로펜 0.8, e 0.2, 나 − 0.4 및 m − 1.0 V. β₁₂ b에서 Ag(111)의 보로펜 0.8, f 0.2, j − 0.4 및 n − 1.0 V. χ₃ c에서 Ag(111)에 대한 보로펜 0.8, g 0.2, k − 0.4 및 o − 1.0 V. χ₃ ' d에서 Ag(111)에 대한 보로펜 0.8, h 0.2, l − 0.4 및 p − 1.0 V. 녹색 공은 붕소 원자를 나타냅니다. 빨간색 실선으로 둘러싸인 직사각형과 마름모는 Ag(111) 표면에 성장한 붕소 시트의 단위 셀을 나타냅니다.

결론

요약하면, 우리는 매우 최근에 금속 표면에 성장한 3개의 2D 붕소 시트, 즉 좌굴 삼각형 β₁₂에 대한 원자 구조, 안정성 및 전자 특성에 대한 첫 번째 원칙 계산을 수행했습니다. 및 χ₃ 격자. 우리의 계산은 3개의 붕소 시트 모두가 금속 기질의 지지 없이 열역학적으로 불안정하다는 것을 나타냅니다. 밴드 구조는 좌굴된 삼각형 붕소 시트가 강한 이방성과 β₁₂를 갖는 금속처럼 거동함을 나타냅니다. 및 χ₃ 붕소 시트는 또한 에너지 갭이 없는 금속성입니다. 또한, 우리의 결과는 세 가지 유형의 격자에 대한 에너지가 매우 가깝고 좌굴된 삼각형과 β₁₂ 사이의 격자 일치를 보여줍니다. 붕소 시트와 Ag(111) 표면은 매우 작습니다. 또한 좌굴 삼각형과 β₁₂ 모두 Ag(111)의 붕소 시트는 STM 이미지의 직사각형 격자와 평행한 줄무늬 패턴을 형성하지만 거의 차이가 없습니다. 우리의 결과는 두 격자를 구별하기 위한 세부 정보를 제공합니다. 가장 중요한 것은 시뮬레이션된 STM 이미지가 Ag(111) 표면에서 실험적으로 관찰된 붕소 시트에 대한 새로운 설명을 제공한다는 것입니다.

약어

2D:: 2차원
3D:: 3차원
STM:: 주사 터널링 현미경

폴리디메틸실록산 교차 결합 회절 격자를 기반으로 한 다자유도 운동 매개변수 측정 방법 염료에 민감한 태양 전지의 광학 및 전기적 특성에 대한 TiO2의 금 나노 입자 분포의 영향

나노물질