ساختار و خواص الکترونی دگرشکلهای نقصدار کربن بر روی سطح(111) فلز آلومینیم: رهیافت نظریه ی تابعیت چگالی

تاثیر اتمهای آلاینده متفاوت (بور، نیتروژن، آلومینیم و فسفر) و سطح آلومینیم(111) بر روی خصوصیات ساختاری و الکترونی دگرشکل یک بعدی (نانونوار گرافن) و دوبعدی (گرافن) کربن با استفاده از نظریه ی تابعیت چگالی و تقریب چگالی موضعی در این تحقیق گزارش شده است. بررسیها نشان دادند که اتمهای آلاینده را از نظر تشابه رفتاری در ساختارهای گرافن و نانونوار گرافن میتوان به دو دسته تقسیم کرد. دسته اول شامل اتمهای بور و نیتروژن و دسته دوم شامل اتمهای آلومینیم و فسفر است. آلاییدن اتمهای بور و نیتروژن شکل ساختاری و مسطح بودن گرافن را حفظ میکنند. در حالیکه اتمهای آلومینیم و فسفر از سطح خارج شده و یک برآمدگی موضعی در ساختار گرافن ایجاد میکنند. آلاییدن اتمهای بور و نیتروژن بترتیب باعث ایجاد نیمرسانای نوع p و n در گرافن میشوند. در نانونوار گرافن بدلیل محدودیت عرض نوار، اتمهای آلاینده به قرارگیری در لبه ی نانونوار تمایل دارند. چهار ساختار نانونوار گرافن آلاییده در این سطح از محاسبات، مسطح بدست آمد و تنها تفاوت آنها در طول پیوند کربن-اتم آلاینده است. پیوندهای کربن-بور و کربن-نیتروژن طول پیوندی نزدیک به طول پیوند کربن-کربن در نانونوار خالص و پیوندهای کربن-آلومینیم و کربن-فسفر طول پیوند خیلی بزرگتری از طول پیوند کربن-کربن در نانونوار خالص دارند. وجود حالتهای لبه باعث ایجاد خاصیت مغناطیسی در این ساختارها میشود. با اشباع نمودن اتمهای لبه با هیدروژن خاصیت مغناطیسی در نانونوار آلاییده با بور و آلومینیم حفظ میشود اما مقدار آن کاهش پیدا میکند. در نانونوار آلاییده با نیتروژن و فسفر خاصیت مغناطیسی بطور کامل از بین میرود. همچنین تاثیر بستر فلزی الکتروندهنده ی آلومینیم(111) بر روی گرافن، نانونوار گرافن و ساختارهای آلاییده آنها مطالعه شد. محاسبات نشان داد که برهمکنش بستر فلزی با سطح گرافن بسته به نوع گرافن، متفاوت است. گرافن خالص و گرافن آلاییده با نیتروژن بصورت فیزیکی با فاصله تعادلی بیشتر از 3.5 آنگستروم و گرافن آلاییده با بور بصورت فیزیکی اما در حدود 1 آنگستروم کمتر از دو سطح قبلی بر روی سطح آلومینیم(111) جذب میشوند. انتقال بار از سطح آلومینیم(111) به سه سطح یاد شده، گرافن را تبدیل به نیمرسانای نوع n میکند. از طرف دیگر گرافن آلاییده با آلومینیم و فسفر بصورت شیمیایی و در فاصله کوچکتر از 2.1 آنگستروم جذب میشوند. محاسبات برای بررسی برهمکنش نانونوار گرافن خالص و نانونوارهای آلاییده نشان داد که تمام این ساختارها به صورت شیمیایی و در فاصله تعادلی کمتر از 2 آنگستروم بر روی نوار آلومینیم(111) جذب میشوند. مهمترین دلیل، وجود پیوندهای اشباع نشده در لبه ی نوارهای یاد شده است. همچنین اتمهای کربن با پیوندهای اشباع نشده در لبه باعث می شوند که اتمهای آلاینده در لبه (بور و آلومینیم) و یا نزدیک به لبه (نیتروژن و فسفر) قرار بگیرند که به نوبه ی خود نقش مهمی در برهمکنش با بستر فلزی بازی میکنند. این بررسیها نشان می دهد که نقصدار کردن گرافن (کاهش ابعاد و آلاییدن) و حضور بستر فلزی توانایی خوبی برای طراحی ساختارهایی با خواص دلخواه فراهم می کند.