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Two-Dimensional Anisotropic C10 CarbonAllotrope with Mechanically Tunable Band Gap

机译:二维各向异性C10碳具有机械可调带隙的同素异形体

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摘要

A high band gap, two-dimensional (2D) twisted octagonal (TO-)C10 allotrope of carbon is proposed. This dynamically and mechanically stable structure shows thermal stability up to 500 K and shows one of the largest Young’s modulus of 306.4 GPa nm (close to graphene) among 2D carbon derivatives. TO-C10 also possesses one of the highest 2.94 eV (3.97 eV by HSE06) indirect band gap among reported 2D allotropes of carbon. Owing to structural anisotropy with respect to the basal plane and strong directional sp3 bonding, the band gap of the structure is tuned with high strain endurance along with variation in the band gap subject to applied direction of strain. The nature of the band gap also changes between indirect and direct on account of variation in the valence band states, dominantly governed by carbon atoms in the less symmetrically bonded ladder sites. Further, the band gap can be tuned with doping of Si and Ge and also by forming one-directional nanoribbons. Owing to structural inhomogeneity and inherent high band gap, the proposed 2D TO-C10 can be a potential candidate for future applications.
机译:提出了一种碳的高带隙,二维(2D)扭曲八角形(TO-)C10同素异形体。这种动态和机械稳定的结构显示了高达500 K的热稳定性,并显示了2D碳衍生物中最大的杨氏模量306.4 GPa nm(接近石墨烯)之一。在报告的碳二维同素异形体中,TO-C10还具有最高的2.94 eV(HSE06为3.97 eV)间接带隙之一。由于相对于基面的结构各向异性和强的方向性sp 3 键,该结构的带隙具有高的应变承受能力,并且随着施加的应变方向带隙会发生变化。由于价带态的变化,带隙的性质也在间接和直接之间改变,价态主要由不对称键合的梯形位点中的碳原子决定。此外,带隙可以通过Si和Ge的掺杂以及通过形成单向纳米带来调节。由于结构不均匀和固有的高带隙,建议的2D TO-C10可能成为未来应用的潜在候选者。

著录项

  • 期刊名称 ACS Omega
  • 作者

    Prashant Vijay Gaikwad; *;

  • 作者单位
  • 年(卷),期 2019(4),3
  • 年度 2019
  • 页码 5002–5011
  • 总页数 10
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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