Tek Tabakalı Dibor Dinitrürün Elektronik ve Optik Özelliklerinin Mekanik Zorlanma ile Ayarlanması

Abstract

Mekanik zorlanma ile ortorombik dibor dinitrürün (o-B2N2), elektronik, yapısal, mekanik ve optik özellikleri üzerindeki etkisi ilk ilke hesaplamaları kullanılarak incelenmiştir. Zorlanma olmadığı durumda o-B2N2'de gözlenen 1.7 eV direkt bant aralığı, x ve y yönlerinde sırasıyla %12 çekme zorlanması uygulanarak 3 eV'ye kadar yükselterek ve 1 eV'ye kadar düşürerek ayarlanabilir. o-B2N2'nin nihai zorlanma değerlerinin grafeninkiyle karşılaştırılabilir olduğu bulundu. Hesaplamalarımız, zorlanmamış denge durumundaki o-B2N2'nin, suyun redoks potansiyelleri ile bant kenarlarının kısmi hizalanmasının, x ve xy eksenli çekme zorlanmaları altında tam bir hizaya ayarlanabileceğini ortaya koydu. o-B2N2'de bulunan anizotropik yük taşıyıcı hareketliliği, yüzeyinde fotoindüklü katalitik reaksiyonlar için uygun bir koşul yaratarak, taşıyıcı sürüklenmesinin ortalama ömrünü uzatır. Son olarak, aşırı zorlama rejimlerinde bile, o-B2N2'nin yüksek oranda anizotropik optik absorpsiyonunun ve görünür aralıkta güçlü absorpsiyonun korunduğunu bulduk. Güçlü görünür ışık absorpsiyonuna ve uzun süreli taşıyıcı geçiş süresine sahip olması yanında, zorlanma uygulamasının, bant aralığı enerjisini ve o-B2N2 bant hizalamasını ayarlamak ve bu iki boyutlu malzemeyi su ayrıştırması yönteminden verimli hidrojen üretimi için umut verici bir fotokatalizöre dönüştürmek için etkili bir yol olduğunu öneriyoruz.

We studied the effect of strain engineering on the electronic, structural, mechanical, and optical properties of orthorhombic diboron dinitride (o-B2N2) through first-principles calculations. The 1.7-eV direct band gap observed in the unstrained o-B2N2 can be tuned up to 3 eV or down to 1 eV by applying 12% tensile strain in armchair and zigzag directions, respectively. Ultimate strain values of o-B2N2 were found to be comparable with that of graphene. Our calculations revealed that the partial alignment of the band edges with the redox potentials of water in pristine o-B2N2 can be tuned into a full alignment under the armchair and biaxial tensile strains. The anisotropic charge carrier mobility found in o-B2N2 prolongs the average lifetime of the carrier drift, creating a suitable condition for photoinduced catalytic reactions on its surface. Finally, we found that even in extreme straining regimes, the highly anisotropic optical absorption of o-B2N2 with strong absorption in the visible range is preserved. Having strong visible light absorption and prolonged carrier migration time, we propose that strain engineering is an effective route to tune the band gap energy and band alignment of o-B2N2 and turn this two-dimensional material into a promising photocatalyst for efficient hydrogen production from water splitting.