Artykuł metodologiczny

Wyrównanie pasma sondy typu II w jednowymiarowych heterostrukturach van der Waalsa przy użyciu obliczeń opartych na pierwszych zasadach

DOI:

10.3791/60180

⸱

12 października 2019

 ,  ,  , 
1College of Information Science and Engineering, Ocean University of China, 2Department of Physics, Southern University of Science and Technology

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obliczenia wykonane przez wiedeński pakiet symulacyjny Ab initio mogą być wykorzystane do identyfikacji wewnętrznych właściwości elektronicznych materiałów w nanoskali i przewidywania potencjalnych fotokatalizatorów rozszczepiających wodę.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Narzędzia obliczeniowe oparte na teorii funkcjonału gęstości (DFT) umożliwiają eksplorację jakościowo nowych, eksperymentalnie osiągalnych związków w nanoskali dla ukierunkowanego zastosowania. Symulacje teoretyczne zapewniają dogłębne zrozumienie wewnętrznych właściwości elektronicznych materiałów funkcjonalnych. Celem tego protokołu jest poszukiwanie kandydatów na fotokatalizatory poprzez analizę obliczeniową. Zastosowania fotokatalityczne wymagają odpowiednich wzbronień energetycznych, odpowiednich pozycji krawędzi pasma względem potencjałów redoks. Funkcjonały hybrydowe mogą dostarczyć dokładnych wartości tych właściwości, ale są kosztowne obliczeniowo, podczas gdy wyniki na poziomie funkcjonalnym Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) mogą być skuteczne w sugerowaniu strategii inżynierii struktury pasmowej za pomocą pola elektrycznego i odkształcenia rozciągającego w celu poprawy wydajności fotokatalitycznej. Aby to zilustrować, w niniejszym manuskrypcie wykorzystano narzędzie symulacyjne VASP oparte na DFT do badania wyrównania pasm nanokompozytów w kombinacjach nanorurek i nanowstążek w stanie podstawowym. Aby określić czas życia fotogenerowanych i elektronów w stanie wzbudzonym, potrzebne są obliczenia dynamiki nieadiabatycznej.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Światowy popyt na czystą i zrównoważoną energię pobudził badania nad obiecującymi materiałami, które zmniejszyłyby zależność od ograniczonych zasobów ropy naftowej. Symulacje są bardziej wydajne i ekonomiczne niż eksperymenty w przyspieszaniu poszukiwania nowych materiałów funkcjonalnych1. Projektowanie materiałów z perspektywy teoretycznej2,3,4 jest obecnie coraz bardziej popularne ze względu na szybki postęp w zasobach obliczeniowych i rozwój teorii, dzięki czemu symulacje obliczeniowe są bardziej niezawodne5. Obliczenia teorii funkcjonału gęstości (DFT) zaimplementowane w wielu kodach stają się coraz bardziej niezawodne i dają powtarzalne wyniki6.

Wiedeński pakiet symulacyjny Ab initio (VASP)7 prezentuje jeden z najbardziej obiecujących kodów DFT do przewidywania właściwości molekularnych i krystalicznych, a ponad 40 000 badań wykorzystujących ten kod zostało opublikowanych. Większość pracy jest wykonywana na poziomie funkcjonalnym Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE)8, który zaniża rozmiary pasm przerwy, ale wychwytuje podstawowe trendy w wyrównaniu pasma i przesunięciach pasm3. Protokół ten ma na celu nakreślenie szczegółów badania profili krawędzi pasma i pasm wzbronionych materiałów w nanoskali dla czystej i odnawialnej energii przy użyciu tego narzędzia obliczeniowego. Więcej przykładów użycia VASP można znaleźć na stronie https://www.vasp.at.

Ten raport przedstawia obliczeniowe badanie przesiewowe jednowymiarowych (1D) heterostruktur vdW z dopasowaniem pasma typu II9 pod kątem obiecującego zastosowania w fotokatalitycznym rozszczepianiu wody4. W szczególności badane są nanowstążki (NR) zamknięte w nanorurkach (NT) jako przykład10. Aby rozwiązać problem oddziaływań niekowalencyjnych, uwzględniono poprawki vdW przy użyciu metody DFT-D311. Obliczenia DFT w krokach 1.2, 2.2, 3.2, 3.5.2 i sekcji 4 przez VASP są wykonywane przy użyciu skryptu Portable Batch System (PBS) przez wysokowydajne komputery badawcze w systemie CenTOS. Przykład skryptu PBS znajduje się w Materiałach uzupełniających. Przetwarzanie danych przez oprogramowanie P4VASP w kroku 3.3 i wykres figur przez oprogramowanie xmgrace w kroku 3.4 są przenoszone na komputer lokalny (laptop lub komputer stacjonarny) w systemie Ubuntu.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Zoptymalizuj strukturę atomową.

  1. Przygotuj cztery pliki wejściowe do obliczeń relaksacji konstrukcji przez VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS.
    UWAGA: W pliku INCAR znajdują się określone parametry, które definiują obliczenia. Wiersz "EDIFFG = 0,02" w pliku INCAR wskazuje, że wszystkie atomy są rozluźnione, dopóki siła działająca na każdy atom nie wyniesie <0,02 eV/A. Plik POSCAR zawiera informacje o geometrii atomowej. Początkowe parametry kraty w pliku POSCAR można wybrać z teoretycznych3 lub experimental references12,13. Plik KPOINTS definiuje siatkę k punktów, a POTCAR jest plikiem pseudopotencjału. Kolejność typów atomów w POSCAR powinna być taka sama jak w POTCAR. Przykłady plików wejściowych do relaksacji struktury są pokazane w Materiałach Uzupełniających (z wyjątkiem pliku pseudopotencjalnego, który wymaga licencji od VASP).
    1. Wygeneruj początkową strukturę nanowstążek (BN) z azotku boru (BN) (NR) dla "POSCAR".
      1. Pobierz plik POSCAR dla jednostki masowej BN z https://materialsproject.org.
      2. Użyj v2xsf, aby przekonwertować plik POSCAR na plik w formacie xsf, który może być odczytany przez xcrysden. Wpisz v2xsf POSCAR na terminalu w systemie Ubuntu, aby uzyskać "POSCAR.xsf.gz". Wpisz gunzip POSCAR.xsf.gz i wyświetl plik POSCAR.xsf.
      3. Użyj xcrysden, aby zbudować superkomórkę BN.
        1. Wpisz xcrysden --xsf POSCAR.xsf na terminalu w systemie Ubuntu. Wybierz menu Zmień/Liczba narysowanych jednostek i rozwiń komórkę w kierunkach X i Y.
        2. Wybierz menu Plik/Zapisz strukturę XSF, aby wyeksportować strukturę superkomórki o nazwie "superkomórka".
          UWAGA: Nazwa konstrukcji jest definicją arbitralną.
      4. Użyj xmakemol, aby otworzyć superkomórkę. Wpisz xmakemol -f supercell na terminalu w systemie Ubuntu. Wybierz menu Edycja/Widoczne. Kliknij przycisk Przełącz, aby usunąć atomy wewnątrz obszaru i przyciąć NR do żądanej szerokości i chiralności.
    2. Wygeneruj początkową strukturę nanorurki BN (NT) dla POSCAR. Pobierz "NanotubeModeler" z http://www.jcrystal.com/products. Otwórz NanotubeModeler.exe w systemie Windows. Wybierz menu Wybierz typ/B-N i określ chiralności. Wybierz menu Plik/Zapisz tabelę XYZ, aby wyeksportować strukturę.
    3. Wygeneruj początkową strukturę nanokompozytu, zamykając NR (z kroku 1.1.1) wewnątrz NT (z kroku 1.1.2).
      UWAGA: Hermetyzacja może być zakończona poprzez dostosowanie współrzędnych kartezjańskich NR i NT10,14,15.
    4. Użyj oprogramowania vmd, aby sprawdzić strukturę atomową przed przesłaniem zadania obliczeniowego.
      1. Wpisz vmd na terminalu w systemie Ubuntu. W otwartym oknie głównym vmd wybierz menu Plik/Nowa cząsteczka i znajdź plik POSCAR w oknie Przeglądaj. Załaduj POSCAR, wpisując VASP_POSCAR.
      2. Wyświetl strukturę w różnych stylach w oknie Reprezentacje graficzne/Metoda rysowania.
        UWAGA: Na przykład, po wybraniu CPK, każdy atom (wiązanie) jest reprezentowany przez kulę (drążek). Instrukcja instalacji i pełny samouczek vmd są dostępne pod adresem http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd.
  2. Wpisz qsub job.pbs na terminalu w systemie Linux, aby przesłać zadanie do klastra komputerowego.
    UWAGA: "job.pbs" reprezentuje nazwę skryptu PBS. Nazwa skryptu PBS jest arbitralną definicją. Cztery pliki wejściowe wraz ze skryptem PBS powinny znajdować się w katalogu roboczym. Polecenie qsub job.pbs zostanie użyte w krokach 2.2, 3.2, 3.5.2 i sekcji 4. Przykład skryptu PBS można znaleźć w dodatkowym pliku kodowania. Po zakończeniu przesłanego zadania, jeśli na końcu dziennika wyjściowego pojawi się komunikat "osiągnięto wymaganą dokładność - zatrzymanie minimalizacji energii konstrukcyjnej", uzyskuje się wynik zbieżny. Wynikowy plik CONTCAR zostanie użyty jako plik wejściowy POSCAR w krokach 2.1, 3.1, 3.5.1, 3.5.3.1, 4.1.1, 4.1.4 i sekcji 4.2.

2. Oblicz energię enkapsulacji.

  1. Wpisz mkdir nanocomposite isolated-nanoribbon isolated-nanotube, aby utworzyć trzy foldery dla nanokompozytu, NR i NT na terminalu w systemie Linux. Przygotuj jeden skrypt PBS "job.pbs" i cztery pliki wejściowe INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS do obliczeń energii w każdym folderze.
    UWAGA: Plik wejściowy POSCAR to plik o nazwie CONTCAR o złagodzonej strukturze z kroku 1. Przykłady plików wejściowych znajdują się w materiałach uzupełniających (z wyjątkiem POTCAR).
  2. Przejdź do każdego folderu i wpisz qsub job.pbs na terminalu w systemie Linux.
    UWAGA: Trzy przesłane zadania wykonają statyczne obliczenia samospójnej energii odpowiednio dla nanokompozytu, izolowanego NR i izolowanego NT.
  3. Wyodrębnij całkowitą energię z pliku OUTCAR dla każdego systemu po zakończeniu statycznych obliczeń samospójnych. Wpisz grep "darmowa energia TOTEN" ./nanokompozyt/OUTCAR | tail -n 1, grep "wolna energia TOTEN" ./izolowana-nanowstążka/OUTCAR | tail -n 1, i grep "wolna energia TOTEN" ./izolowana-nanorurka/OUTCAR | tail -n 1. Zdefiniuj trzy wyświetlane wartości odpowiednio jako ENT+NR, ENR i ENT. Oblicz energię enkapsulacji na angstrem: EL = (ENT+NR - ENT -ENR)/L14,15.
    UWAGA: Kierunek okresowy w każdym systemie przebiega wzdłuż osi Z, a L jest stałą sieciową komórki elementarnej wzdłuż osi Z. Potrzebne są obliczenia testowe zależności energetycznej od energii odcięcia fali płaskiej i siatki punktu k. Energia enkapsulacji może być wykorzystana jako oszacowanie stabilności energetycznej nanokompozytu.

3. Wyodrębnij właściwości elektroniczne ze struktury pasma.

  1. Przygotuj jeden skrypt PBS "job.pbs" i sześć plików wejściowych: INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR i CHG do obliczania pasma. Ustaw ICHARG = 11 w INCAR.
    UWAGA: Wstępnie konwergentne pliki CHGCAR i CHG pochodzą ze statycznych obliczeń samospójnych w kroku 2.2. Analiza pasma odbywa się na poziomie serwera testowego. Próbkowanie w punkcie k w pliku KPOINTS odbywa się w trybie liniowym. Przykłady plików wejściowych dla tego kroku można znaleźć w materiałach uzupełniających (z wyjątkiem POTCAR).
  2. Wpisz qsub job.pbs w terminalu w systemie Linux, aby przesłać zadanie.
  3. Użyj P4VASP, aby wygenerować projektowane pasmo.
    1. Załaduj "vasprun.xml", wpisując vasprun.xml p4v na terminalu w systemie Ubuntu.
      UWAGA: "p4v" służy do uruchamiania P4VASP. Plik "vasprun.xml" powinien znajdować się w katalogu roboczym.
    2. Wybierz menu Elektroniczny/Lokalny DOS+pasmowy control, a następnie Select/Bands.
      1. Określ liczby atomowe NT w sekcji Wybór atomów. Uzyskaj liczbę atomową, wskazując odpowiednie atomy za pomocą vmd, jak wspomniano w kroku 1.1.4. Określ kolor, typ i rozmiar symbolu dla rzutowanej struktury pasma za pomocą menu Symbol i Rozmiar symbolu. Naciśnij menu Dodaj nową linię.
        UWAGA: Wykres pokaże strukturę pasma z wkładami NT.
      2. Powtórz tę samą procedurę po kroku 3.3.2.1, aby uzyskać rzutowane pasmo z wkładami NR.
    3. Wybierz menu Wykres/Eksport. Wyeksportuj wykres do pliku w formacie agr (na przykład jako "11-4.agr").
      UWAGA: Dane wyjściowe pasm prognozowanych przez P4VASP znajdują się w trzech kolumnach, z których trzecia reprezentuje wagę.
  4. Użyj xmgrace, aby edytować rzutowane pasmo.
    1. Wpisz xmgrace 11-4.agr na terminalu, aby uruchomić xmgrace w systemie Ubuntu. Wybierz menu Właściwości działki/osi, aby edytować etykietę i zakres osi.
    2. Wybierz menu Wykres/Ustaw wygląd, aby odczytać wartość energii w określonym numerze pasma i punkcie k.
      UWAGA: Maksimum pasma walencyjnego (VBM) i minimum pasma przewodzenia (CBM) NR/NT można odczytać z pasma rzutowanego z wkładami odpowiednio na NR/NT. W zależności od ułożenia pasm heterostruktury można podzielić na trzy typy: typ I (VBMNT NR NR NT lub VBMNR NT NT NR), typ II (VBMNT NR NT NR lub VBMNR NT NR NT), lub typu III (VBMNT NT NR NR lub VBMNR NR NT NT)9.
    3. Oblicz przesunięcie pasma walencyjnego (VBO), przesunięcie pasma przewodzenia (CBO) i przerwę energetyczną zgodnie z Kang et al.16.
    4. Wybierz menu Plik/Drukuj, aby wyeksportować wykres w formacie eps.
  5. Oblicz gęstość ładunku rozłożonego w paśmie dla VBM i CBM.
    1. Przygotuj jeden skrypt PBS "job.pbs" i siedem plików wejściowych: INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR i CHG. Określ numery pasm dla CBM i VBM za pomocą tagu IBAND w INCAR. Użyj pojedynczego odpowiadającego mu punktu k dla każdej krawędzi pasma.
      UWAGA: Wstępnie konwergentne pliki CHGCAR, CHG i WAVECAR pochodzą ze statycznych obliczeń samospójnych w kroku 2.2. Przykłady plików wejściowych dla tego kroku znajdują się w materiałach uzupełniających (z wyjątkiem POTCAR).
    2. Wpisz qsub job.pbs w terminalu w systemie Linux, aby przesłać zadanie.
    3. Użyj vmd, aby wykreślić VBM i CBM w przestrzeni rzeczywistej po zakończeniu zadania.
      1. Uruchom sesję vmd i załaduj plik POSCAR jak w kroku 1.1.4.
      2. Wybierz menu Plik/Nowa cząsteczka w oknie głównym vmd. Znajdź plik PARCHG w oknie Przeglądaj. Załaduj PARCHG, wpisując VASP_PARCHG.
      3. Wybierz menu Rysuj/Bryła Powierzchnia i Pokaż/Izopowierzchnia w oknie Reprezentacje graficzne. Zmień wartość ISO na odpowiednią wartość (na przykład 0,02). Zmień kolor izopowierzchni za pomocą menu Metoda kolorowania.
        UWAGA: Jest to intuicyjna analiza typów pasm w odniesieniu do tej w kroku 3.4. Ogólnie rzecz biorąc, struktura atomowa jest ułożona z dala od granicy, w przeciwnym razie wizualizowana gęstość ładunku nie jest pokazana w sposób ciągły. Szczegółowe informacje można znaleźć na rysunku uzupełniającym 1.

4. Moduluj właściwości elektroniczne nanokompozytu (NT zamkniętego wewnątrz NR) za pomocą zewnętrznych pól.

  1. Dodaj poprzeczne pole elektryczne do nanokompozytu17.
    1. Przygotuj jeden skrypt PBS "job.pbs" i cztery pliki wejściowe: INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS.
    2. Określ natężenie pola elektrycznego za pomocą znacznika "EFIELD" w jednostkach eV/A.
    3. Ustaw LDIPOL = T. Określ IDIPOL z dokładną wartością (1, 2 lub 3).
      UWAGA: Te dwa znaczniki są dodawane w celu uwzględnienia poprawek dipolowych. Pole elektryczne zostanie przyłożone wzdłuż osi X, Y lub Z, ustawiając wartość IDIPOL na 1, 2 lub 3.
    4. Wykonaj statyczne obliczenia samospójne i obliczenia struktury pasmowej zgodnie z sekcjami 2 i 3 bez optymalizacji strukturalnej.
      UWAGA: Wcześniejsze badania wskazują, że pola elektryczne powyżej 5 V/A mogą być używane do modyfikacji przerwy energetycznej BN-NT i BN-NR bez deformacji struktury18,19.
  2. Dodać do nanokompozytu podłużne odkształcenie rozciągające.
    1. Zmień parametry sieci wzdłuż kierunku okresowego, aby odzwierciedlić efekt odkształcenia.
      UWAGA: Na przykład zoptymalizowany parametr sieci nanokompozytu wzdłuż osi Z wynosi 2,5045 A. Jeśli 1% jednoosiowe odkształcenie rozciągające zostanie przyłożone wzdłuż kierunku Z, zmień parametr sieci w POSCAR na 2,5045 x 1,01 = 2,529545 A.
    2. Rozluźnij zmodyfikowaną strukturę zgodnie z sekcją 1.
    3. Wykonaj statyczne obliczenia samospójne i obliczenia struktury pasmowej zgodnie z sekcjami 2 i 3.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zygzakowate BN-NR zamknięte w fotelu BN-NT (11,11) zostały wybrane jako reprezentatywne przykłady dla heterostruktury 1D vdW. Parametry sieci zostały zaczerpnięte z Sahin et al.20. Dla wygody, zygzakowate NR są skracane Zn, gdzie n oznacza dimery III–V wzdłuż width14. Energia enkapsulacji EL z kroku 2.3 została wykorzystana jako przybliżone oszacowanie stabilności energetycznej nanokompozytu. Wartości EL Z2, Z3 i Z...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Obliczenia dotyczące właściwości elektronicznych w sekcjach 2, 3 i 4 byłyby podobne dla różnych materiałów w nanoskali. Początkowy model atomowy w kroku 1 powinien być starannie zaprojektowany, aby wydobyć istotne informacje. Na przykład czynnikiem decydującym o wyborze modelu może być rozmiar lub chiralność materiałów. Również początkowy model atomowy w kroku 1.1 powinien być rozsądnie przygotowany do niskokosztowej relaksacji struktury. Biorąc za przykład nanokompozyt w protokole, NR powinien być zamknięty wewnątrz NT ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta praca była wspierana przez China Postdoctoral Science Foundation (grant nr 2017M612348), Qingdao Postdoctoral Foundation (grant nr 3002000-861805033070) oraz przez Young Talent Project na Ocean University of China (grant nr 3002000-861701013151). Autorzy dziękują Pannie Ya Chong Li za przygotowanie narracji.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Nanotube ModelerOpracowany przez Dr. Steffen WeberNanotubeModeler1.8http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe
P4VASPOrest Dubayp4vasp 0.3.30Open source, dostępny pod adresem www.p4vasp.at
v2xsfOpracowany przez Dr. Jensa Kunstmannav2xsfhttp://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html
oprogramowaniuVASPFizyka Materiałów Obliczeniowych, Wydział Fizyki, Uniwersytet Wiedeńskivasp.5.4.1https://www.vasp.at
VMD softwareGrupa Biofizyki Teoretycznej i Obliczeniowej, Uniwersytet Illinois w Urbana-Champaignvmd1.9.3https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd
xcrysdenWydział Chemii Fizycznej i Organicznej, Instytut Józefa StefanaXCrySDen1.5.60http://www.xcrysden.org/
XmakemolOpracowany przez M. P. Hodgesxmakemol5.16https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html
Xmgrace softwareGrace Development Team pod koordynacją Evgeny Stambulchikxmgrace5.1.25http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Collins, C., et al. Accelerated discovery of two crystal structure types in a complex inorganic phase field. Nature. 546 (7657), 280-284 (2017).
  2. Jain, A., Shin, Y., Persson, K. A. Computational predictions of energy materials using density functional theory. Nature Reviews Materials. 1 (1), 15004(2016).
  3. de Jong, M., et al. Charting the complete elastic properties of inorganic crystalline compounds. Scientific Data. 2, 150009(2015).
  4. Fu, C. F., Wu, X. J., Yang, J. L. Material Design for Photocatalytic Water Splitting from a Theoretical Perspective. Advanced Materials. 30 (48), 1802106(2018).
  5. Gu, T., Luo, W., Xiang, H. J. Prediction of two-dimensional materials by the global optimization approach. Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science. 7 (2), e1295(2017).
  6. Lejaeghere, K., et al. Reproducibility in density functional theory calculations of solids. Science. 351 (6280), aad3000(2016).
  7. Kresse, G., Furthmüller, J. Efficient Iterative Schemes for ab Initio Total-Energy Calculations Using a Plane-Wave Basis Set. Physical Review B. 54 (16), 11169-11186 (1996).
  8. Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. Generalized Gradient Approximation Made Simple. Physical Review Letters. 77 (18), 3865-3868 (1996).
  9. Ozcelik, V. O., Azadani, J. G., Yang, C., Koester, S. J., Low, T. Band alignment of two-dimensional semiconductors for designing heterostructures with momentum space matching. Physical Review B. 94 (3), 035125(2016).
  10. Gong, M., et al. Robust staggered band alignment in one-dimensional van der Waals heterostructures: binary compound nanoribbons in nanotubes. Journal of Materials Chemistry C. 7 (13), 3829-3836 (2019).
  11. Grimme, S., Antony, J., Ehrlich, S., Krieg, H. A Consistent and Accurate ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu. Journal of Chemical Physics. 132 (15), 154104(2010).
  12. Zhang, L., Chen, Z. Q., Su, J., Li, J. F. Data mining new energy materials from structure databases. Renewable & Sustainable Energy Reviews. 107, 554-567 (2019).
  13. Zakutayev, A., et al. An open experimental database for exploring inorganic materials. Scientific Data. 5, 180053(2018).
  14. Kou, L. Z., Tang, C., Frauenheim, T., Chen, C. F. Intrinsic Charge Separation and Tunable Electronic Band Gap of Armchair Graphene Nanoribbons Encapsulated in a Double-Walled Carbon Nanotube. Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (8), 1328-1333 (2013).
  15. Kou, L. Z., Tang, C., Wehling, T., Frauenheim, T., Chen, C. F. Emergent properties and trends of a new class of carbon nanocomposites: graphene nanoribbons encapsulated in a carbon nanotube. Nanoscale. 5 (8), 3306-3314 (2013).
  16. Kang, J., Tongay, S., Zhou, J., Li, J. B., Wu, J. Q. Band offsets and heterostructures of two-dimensional semiconductors. Applied Physics Letters. 102 (1), 012111(2013).
  17. Makov, G., Payne, M. C. Periodic boundary conditions in ab initio calculations. Physical Review B. 51 (7), 4014-4022 (1995).
  18. Chen, C., Lee, M., Clark, S. J. Band gap modification of singlewalled carbon nanotube and boron nitride nanotube under a transverse electric field. Nanotechnology. 15 (12), 1837(2004).
  19. Zhang, Z. H., Guo, W. L. Energy-gap Modulation of BN Ribbons by Transverse Electric Fields: First-Principles Calculations. Physical Review B. 77 (7), 075403(2008).
  20. Sahin, H., et al. Monolayer Honeycomb Structures of Group-IV Elements and III-V Binary Compounds: First-Principles Calculations. Physical Review B. 80 (15), 155453(2009).
  21. Yang, L., et al. Combining Photocatalytic Hydrogen Generation and Capsule Storage in Graphene Based Sandwich Structures. Nature Communications. 8, 16049(2017).
  22. Neugebauer, J., Scheffler, M. Adsorbate-substrate and adsorbate-adsorbate interactions of Na and K adlayers on Al(111). Physical Review B. 46 (24), 16067(1992).
  23. He, W., Li, Z. Y., Yang, J. L., Hou, J. G. Electronic structures of organic molecule encapsulated BN nanotubes under transverse electric field. Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709(2006).
  24. Zhang, R. Q., et al. Direct Z-Scheme Water Splitting Photocatalyst Based on Two-Dimensional Van Der Waals Heterostructures. Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (18), 5419-5424 (2018).
  25. Paiera, J., Marsman, M., Hummer, K., Kresse, G. Screened hybrid density functionals applied to solids. Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709(2006).
  26. Pyzer-Knapp, E. O., Suh, C., Gómez-Bombarelli, R., Aguilera-Iparraguirre, J., Aspuru-Guzik, A. What Is High-Throughput Virtual Screening? A Perspective from Organic Materials Discovery. Annual Review of Materials Research. 45, 195-216 (2015).
  27. Cerqueira, T. F. T., et al. Identification of Novel Cu, Ag, and Au Ternary Oxides from Global Structural Prediction. Chemistry of Materials. 27 (13), 4562-4573 (2015).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Teoria funkcjona u g sto cisymulacja VASPanaliza struktury pasmowejenergia enkapsulacjiw a ciwo ci elektronicznemodulacja pola elektrycznegoin ynieria napr e rozci gaj cych

Powiązane artykuły