Structural varieties of 2D boron nitride

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Using the density functional theory method, geometric optimization of layered polymorphic varieties of boron nitride, in which atoms are located in three different structural positions, was carried out and their energy and electronic properties were determined. The structures of the new polymorphs consist of boron and nitrogen atoms in a sp 2-hybridized state and were modeled from hexagonal boron nitride by introducing topological defects 4-6-8, 4-6-10, 4-8-10, 4-16 and 4-6-12. As a result of the analysis, the possibility of the existence of nine new structural varieties was established. However, during the geometric optimization process, three structures turned out to be unstable, which were transformed into more stable polymorphic varieties BN-L 4-8 and BN-L 4-6-8. The layer density of the considered polymorphic varieties varies from 0.651 to 0.727 g/cm2.The sublimation energy values of the new structures range from 16,93 to 17,69 eV/( BN ). The band gap varies from 3,20 to 4,03 eV. The relationships between the energy and structural parameters are determined.

About the authors

Dmitry S. Ryashentsev

Chelyabinsk State University

Email: ryashentsev_dmitry@mail.ru
Ph. D., Senior Lecturer, Solid State Chemistry and Nanoprocesses Department

Maxim E. Belenkov

Chelyabinsk State University

Email: me.belenkov@gmail.com
Ph. D., Senior Lecturer, Radiophysics and Electronics Department

Liliya Y. Kovalenko

Chelyabinsk State University

Email: lkovalenko90@mail.ru
Ph. D., Associate Professor, Solid State Chemistry and Nanoprocesses Department

References

  1. Zhu, J.Interpolation of atomically thin hexagonal boron nitride and graphene: electronic structure and thermodynamic stability in terms of all-carbon conjugated paths and aromatic hexagons /j. Zhu, S. Bhandary, B. Sanyal et al. // The Journal of Physical Chemistry C. - 2011. - V. 115. - I. 20. - P. 10264-10271. doi: 10.1021/jp2016616.
  2. Mirkarimi, P.B. Review of advances in cubic boron nitride film synthesis / P.B. Mirkarimi, K.F. McCarty, D.L. Medlin // Materials Science and Engineering: R: Reports. - 1997. - V. 21. - I. 2. - P. 47-100. doi: 10.1016/S0927-796X(97)00009-0.
  3. Ooi, N. Structural properties of hexagonal boron nitride / N. Ooi, V. Rajan, J. Gottlieb et al. // Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering. - 2006. - V. 14. - P. 515-535. doi: 10.1088/0965-0393/14/3/012.
  4. Cassabois, G. Hexagonal boron nitride is an indirect bandgap semiconductor / G. Cassabois, P. Valvin, B. Gil // Nature Photonics. - 2016. - V. 10. - I. 4. - P. 262-266. doi: 10.1038/nphoton.2015.277.
  5. Belenkov, M.E. Graphene polymorphs / M.E. Belenkov, E.A. Kochengin, V.M. Chernov, E.A. Belenkov // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - V. 1399. - Art. № 022024. - 5 p. doi: 10.1088/1742-6596/1399/2/022024.
  6. Belenkov, E.A. Structure and electronic properties of crystals consisting of graphene layers L6, L4-8, L3-12, and L4-6-12 / E.A. Belenkov, A.E. Kochengin // Physics of the Solid State. - 2015. - V. 57. - I. 10. - P. 2126-2133. 10.1134/S1063783415100030.
  7. Kochengin, A.E. Crystal structure of L6, L4-8, L3-12 and L4-6-12 graphene polymorphs / A.E. Kochengin, E.A. Belenkov // Materials Science Forum. - 2016. - V. 845. - P. 247-250. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.845.247' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.845.247.
  8. Коченгин, А.Е. Новые полиморфные разновидности графена, сформированные из карбиновых цепочек / А.Е. Коченгин, Е.А. Беленков // Перспективные материалы. - 2017. - № 2. - С. 5-13.
  9. Ryashentsev, D.S. Structure and electronic properties of 4-8 and 4-6-12 layered varieties of boron nitride / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - V. 1410. - Art. № 012016. - 4 p. doi: 10.1088/1742-6596/1410/1/012016.
  10. Ryashentsev, D.S. New BN polymorphs with two-dimensional structure / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - V. 537. - Art. № 022060. - 4 p. doi: 10.1088/1757-899X/537/2/022060.
  11. Ряшенцев, Д.С. Новые полиморфные разновидности нитрида бора с графeноподобными структурами / Д.С. Ряшенцев, Е.А. Беленков // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. - 2021. - Т. 13. - Вып. 3. - С. 349-354. doi: 10.17725/rensit.2021.13.349.
  12. Ryashentsev, D.S. New structural type of layered boron nitride BN-L4-6-8e / D.S. Ryashentsev, E.A. Belenkov // AIP Conference Proceedings. - 2021. - V. 2402. - I. 1. - Art. № 020041. - 4 p. doi: 10.1063/5.0072135.
  13. Liu, S. Hysteresis-free hexagonal boron nitride encapsulated 2D semiconductor transistors, NMOS and CMOS inverters / S. Liu, K. Yuan, X. Xu et al. // Advanced Electronic Materials. - 2018. - V. 5. - I. 2. - Art. № 1800419. - 6 p. doi: 10.1002/aelm.201800419.
  14. Liu, X.T. Building functional memories and logic circuits with 2D boron nitride / X.T. Liu, J.R. Chen, Y. Wang et al. // Advanced Functional Materials. - 2020. - V. 31. - I. 4. - Art. № 2004733. - 35 p. doi: 10.1002/adfm.202004733.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».