Влияние одноосного давления на структурные и электронные свойства двумерных материалов на примере MoTe2 и Sb2Te3
DOI:
https://doi.org/10.33910/2687-153X-2024-5-1-30-38Ключевые слова:
2D полупроводники, ван-дер-Ваальсово взаимодействие, DFT, одноосное давление, MoTe2, Sb2Te3, структурные превращенияАннотация
Это исследование сосредоточено на моделировании методами DFT воздействия одноосного давления на электронные и структурные характеристики двумерных материалов, таких как MoTe2 и Sb2Te3. Особое внимание уделяется реконфигурации щели ван-дер-Ваальса (вдВ). Интуитивно, при приложении одноосного давления ожидается уменьшение расстояния между слоями и, как следствие, переход 2D–3D. Моделирование Sb2Te3 под одноосным давлением выявило металлизацию при 3 ГПа. Дополнительное увеличение давления вызывает изменение симметрии и фазовый переход при 7 ГПа, что приводит к исчезновению щели вдВ в новой фазе. Тем не менее переход к объемной фазе не всегда происходит. В случае MoTe2 под воздействием давления происходит изоструктурный переход в металлическое состояние при 10 ГПа. Дальнейшее увеличение давления при 37 ГПа вызывает фазовый переход с реконфигурацией щели вдВ. Важно отметить, что данный случай MoTe2 аналогичен ситуации с GaSe после релаксации, что также является предметом данного исследования.
Библиографические ссылки
Barzilai, J., Borwein, J. M. (1988) Two-point step size gradient methods. IMA Journal of Numerical Analysis, 8(1), 141–148. https://doi.org/10.1093/imanum/8.1.141 (In English)
Benck, J. D., Hellstern, T. R., Kibsgaard, J. et al. (2014) Catalyzing the hydrogen evolution reaction (HER) with molybdenum sulfide nanomaterials. Acs Catalysis, 4 (11), 3957‒3971. https://doi.org/10.1021/cs500923c (In English)
Bera, A., Singh, A., Gupta, S. N. et al. (2020) Pressure-induced isostructural electronic topological transitions in 2H-MoTe2: X-ray diffraction and first-principles study. Journal of Physics: Condensed Matter, 33 (6), article 065402. https://doi.org/10.1088/1361-648X/abaeac (In English)
Bernevig, B. A. (2013) Topological insulators and topological superconductors. Princeton: Princeton University Press, 260 p. (In English)
Bernevig, B. A., Hughes, T. L., Zhang, S. C. (2006) Quantum spin Hall effect and topological phase transition in HgTe quantum wells. Science, 314 (5806), 1757‒1761. https://www.science.org/doi/10.1126/science.1133734 (In English)
Chen, Y. L., Analytis, J. G., Chu, J.-H. et al. (2009) Experimental realization of a three-dimensional topological insulator, Bi2Te3. Science, 325 (5937), 178‒181. https://doi.org/10.1126/science.1173034 (In English)
Clark, S. J., Segall, M. D., Pickard, C. J. et al. (2005) First principles methods using CASTEP. Zeitschrift fur Kristallographie-Crystalline Materials, 220 (5-6), 567‒570. https://doi.org/10.1524/zkri.220.5.567.65075 (In English)
Ernzerhof, M., Scuseria, G. E. (1999) Assessment of the Perdew–Burke–Ernzerhof exchange-correlation functional. The Journal of Chemical Physics, 110 (11), 5029‒5036. https://doi.org/10.1063/1.478401 (In English)
Fan, X., Chang, C.-H., Zheng, W. T. et al. (2015) The electronic properties of single-layer and multilayer MoS2 under high pressure. The Journal of Physical Chemistry C, 119 (19), 10189‒10196. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.5b00317 (In English)
Gao, M.-R., Xu, Y.-F., Jiang, J., Yu, S.-H. (2013) Nanostructured metal chalcogenides: Synthesis, modification, and applications in energy conversion and storage devices. Chemical Society Reviews, 42 (7), 2986‒3017. https://doi.org/10.1039/C2CS35310E (In English)
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 (In English)
Grimme, S., Antony, J., Ehrlich, S., Krieg, H. (2010) A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu. The Journal of Chemical Physics, 132 (15). https://doi.org/10.1063/1.3382344 (In English)
Grimme, S., Ehrlich, S., Goerigk, L. (2011) Effect of the damping function in dispersion corrected density functional theory. Journal of Computational Chemistry, 32 (7), 1456‒1465. https://doi.org/10.1002/jcc.21759 (In English)
Johnson, E. R., Keinan, S., Mori-Sanchez, P. et al. (2010) Revealing noncovalent interactions. Journal of the American Chemical Society, 132 (18), 6498‒6506. https://doi.org/10.1021/ja100936w (In English)
Kane, C. L., Mele, E. J. (2005a) Quantum spin Hall effect in graphene. Physical Review Letters, 95 (22), article 226801. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.226801 (In English)
Kane, C. L., Mele, E. J. (2005b) Z2 topological order and the quantum spin Hall effect. Physical Review Letters, 95 (14), article 146802. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.146802 (In English)
Konig, M., Wiedmann, S., Brune, C. et al. (2007). Quantum spin Hall insulator state in HgTe quantum wells. Science, 318 (5851), 766‒770. https://doi.org/10.1126/science.1148047 (In English)
Lee, E., Kim, J., Bhoyate, S. et al. (2020) Realizing scalable two-dimensional MoS2 synaptic devices for neuromorphic computing. Chemistry of Materials, 32 (24), 10447‒10455. https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.0c03112 (In English)
Lei, W., Wang, W., Ming, X. et al. (2020) Structural transition, metallization, and superconductivity in quasi-twodimensional layered PdS2 under compression. Physical Review B, 101 (20), article 205149. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.205149 (In English)
Li, P., Yuan, K., Lin, D.-Y. et al. (2019) p-MoS2/n-InSe van der Waals heterojunctions and their applications in all-2D optoelectronic devices. RSC Advances, 9 (60), 35039‒35044. https://doi.org/10.1039/C9RA06667E (In English)
Mu, C., Sun, X., Chang, Y. et al. (2021) High-performance flexible all-solid-state micro-supercapacitors based on two-dimensional InSe nanosheets. Journal of Power Sources, 482, article 228987. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228987 (In English)
Otero-de-la-Roza, A., Blanco, M. A., Pendas, A. M., Luana, V. (2009) Critic: A new program for the topological analysis of solid-state electron densities. Computer Physics Communications, 180 (1), 157‒166. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2008.07.018 (In English)
Otero-de-la-Roza, A., Johnson, E. R., Luana, V. (2014) Critic2: A program for real-space analysis of quantum chemical interactions in solids. Computer Physics Communications, 185 (3), 1007‒1018. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2013.10.026 (In English)
Pan, H., Cao, L., Chu, H. et al. (2019) Broadband nonlinear optical response of InSe nanosheets for the pulse generation from 1 to 2 μm. ACS Applied Materials & Interfaces, 11 (51), 48281‒48289. https://doi.org/10.1021/acsami.9b18632 (In English)
Peng, X., Peng, L., Wu, C., Xie, Y. (2014) Two dimensional nanomaterials for flexible supercapacitors. Chemical Society Reviews, 43 (10), 3303‒3323. https://doi.org/10.1039/C3CS60407A (In English)
Pumera, M., Sofer, Z., Ambrosi, A. (2014) Layered transition metal dichalcogenides for electrochemical energy generation and storage. Journal of Materials Chemistry A, 2 (24), 8981‒8987. https://doi.org/10.1039/C4TA00652F (In English)
Qi, X.-L., Zhang, S.-C. (2011) Topological insulators and superconductors. Reviews of Modern Physics, 83 (4), article 1057. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.83.1057 (In English)
Raty, J.-Y., Noe, P. (2020) Ovonic threshold switching in Se-Rich GexSe1 − x glasses from an atomistic point of view: The crucial role of the metavalent bonding mechanism. Physica Status Solidi (RRL), 14 (5), article 1900581. https://doi.org/10.1002/pssr.201900581 (In English)
Singh, B., Prasad, R. (2016) Spin-texture of the non-trivial surface state of topological insulator Sb2Te3. Quantum Matter, 5 (3), 362‒364. https://doi.org/10.1166/qm.2016.1317 (In English)
Stepanov, R., Gerega, V., Suslov, A., Kolobov, A. (2023a) Uniaxial pressure-induced 2D–1D dimensionality change in GaSe and related materials. Physica Status Solidi (RRL), 17 (8), article 2200430. https://doi.org/10.1002/pssr.202200430 (In English)
Stepanov, R. S., Marland, P. I., Kolobov, A. V. (2023b) Compositional and structural disorder in two-dimensional AIIIBVI materials. Crystals, 13 (8), article 1209. https://doi.org/10.3390/cryst13081209 (In English)
Tominaga, J., Kolobov, A. V., Fons, P. J. et al. (2015) Giant multiferroic effects in topological GeTe-Sb2Te3 superlattices. Science and Technology of Advanced Materials, 16 (1), article 014402. https://doi.org/10.1088/1468-6996/16/1/014402 (In English)
Wang, H., Feng, H., Li, J. (2014) Graphene and graphene-like layered transition metal dichalcogenides in energy conversion and storage. Small, 10 (11), 2165‒2181. https://doi.org/10.1002/smll.201303711 (In English)
Zhao, K., Wang, Y., Sui, Y. et al. (2015) First principles study of isostructural phase transition in Sb2Te3 under high pressure. Physica Status Solidi (RRL), 9 (6), 379‒383. https://doi.org/10.1002/pssr.201510091 (In English)
Zhao, X.-M., Liu, H.-Y., Goncharov, A. F. et al. (2019) Pressure effect on the electronic, structural, and vibrational properties of layered 2H – MoTe2. Physical Review B, 99 (2), article 024111. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.99.024111 (In English)
Zheng, Y., Song, W., Song, Z. et al. (2023) A complicated route from disorder to order in antimony-tellurium binary phase change materials. Advanced Science, article 2301021. https://doi.org/10.1002/advs.202301021 (In English)
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Роман Сергеевич Степанов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.
Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.
