Estudo de primeiros princípios da nova estrutura bidimensional de SiO2 e o efeito da tensão in-plane em suas propriedades optoeletrônicas

LIU Xueting ,  

LIU Yucheng ,  

ZHAO Ziang ,  

WANG Dandan ,  

ZHANG Yong ,  

FENG Ming ,  

摘要

O SiO2 normalmente existe na forma de cristais tridimensionais ou estruturas amorfas, o que limita sua aplicação em novas tecnologias, como circuitos integrados de próxima geração; portanto, a pesquisa sobre o SiO2 bidimensional tem atraído atenção crescente. Neste artigo, construímos diretamente uma nova configuração bidimensional de SiO2 removendo átomos de Ca e Al da estrutura tridimensional em camadas CaAl2Si2O8. Utilizando cálculos de primeiros princípios baseados na teoria do funcional da densidade, a otimização estrutural revelou um novo 2D SiO2 com simetria P⁃62m e número de grupo 189. Por meio de cálculos de energia de ligação, constantes elásticas, simulações de dinâmica molecular e espectros de fônons, descobriu-se que o novo 2D SiO2 possui alta estabilidade mecânica, termodinâmica e cinética. Os cálculos das propriedades eletrônicas e ópticas mostraram que o 2D SiO2 é um isolante com uma lacuna de banda de 6,08 eV e possui boa transmitância óptica e condutividade. Além disso, estudando o efeito da tensão biaxial in-plane sobre as propriedades eletrônicas e ópticas do 2D SiO2, descobriu-se que a lacuna de banda e a função dielétrica são mais afetadas pela tensão de tração in-plane do que pela compressão, mas as propriedades ópticas gerais são pouco afetadas pela tensão, garantindo a estabilidade das propriedades eletrônicas e ópticas em aplicações práticas.

关键词

SiO2 bidimensional;propriedades eletrônicas;propriedades ópticas;cálculos de primeiros princípios

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