MAX fazı ve MXene yapılarında kusurların yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) metodu ile incelenmesi

Abstract

Sc2CF2 MXene tek katmanındaki bant aralığının C atomu yerine Si, Ge, Sn, F, S, N, B ve B + N ile ikame kusurlarıyla ayarlanması bu tezde incelenmiştir. Geometri optimizasyonları, toplam enerji ve elektronik yapı hesaplamaları için yoğunluk fonksiyoneli teorisi kullanılmıştır. Si, Ge, Sn, B ve B + N katkılı Sc2CF2 tek tabakalarının 0.55 eV ile 0.24 eV arasında değişen bant aralığı değerleri ile yarı iletken kaldıkları tespit edilmiştir. Böylece, 1 eV'den daha düşük birkaç farklı bant aralığı değeri elde etmek mümkündür. Yarı iletken metal geçişi, C tekli boşluğunda yanında F, S ve N katkılı tek tabakalarda da gözlenir. B katkılı sistemde, bir kusur bandının yarı dolu olması nedeniyle spin polarizasyonu gözlenir. Toplam enerji sonuçları, MXene tek katmanına F, N, S ve B + N'nin ikame kusurları katkılanmasının avantajlı olduğunu ve Si, Ge ve Sn için de katkılamaya izin vermeyecek kadar yüksek olmadığını göstermektedir. Öte yandan, Sc2CF2 tek tabakanın sentezlenmesinde öncü olarak kullanılan üç boyutlu Sc2AlC MAX fazında ikame kusur oluşumlarının ekzotermik olduğu bulunmuştur. Sc2CF2 MXene tek tabakalarda C atomu yerine ikame kusur oluşturmak elektronik bu sistemlerin özelliklerini ayarlamak için güçlü ve uygulanabilir bir araçtır.

I have investigated the modification of the band gap in the Sc2CF2 MXene monolayer through C atom substitution by Si, Ge, Sn, F, S, N, B, and B + N. The geometry optimizations, total energy and electronic structure calculations were performed in Density Functional Theory. It was found that Si, Ge, Sn, B, and B + N doped Sc2CF2 monolayers remain semiconducting with band gap values ranging from 0.55 eV to 0.24 eV. Thus, it is possible to obtain several different band gap values below 1 eV. Semiconductor to metal transition is observed in F, S, and N doped monolayers as well as in C monovacancy. In the B doped system, spin polarization due to the half filling of a defect band is observed. Our total energy results indicate that the substitutional dopings of the MXene monolayer by F, N, S, and B + N are favorable, and energy penalties for Si, Ge, and Sn are not formidable. On the other hand, the substitution in the bulk Sc2AlC MAX phase, the precursor of the Sc2CF2 monolayer, is exothermic for all our substituents. C substitution in the Sc2CF2 MXene monolayer is a powerful and feasible tool to adjust the electronic properties.