Name: Wyrównanie pasma sondy typu II w jednowymiarowych heterostrukturach van der Waalsa przy użyciu obliczeń opartych na pierwszych zasadach (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-10-12T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 56 s
Description: Poznaj metodę przesiewu obliczeniowego fotokatalizatorów z wyrównaniem pasma typu II przy użyciu obliczeń pierwszych zasad. Technika ta umożliwia optymalizację struktur nanorurek azotku boru dla zastosowań w fotokatalizie wodnej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

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.

1. Zoptymalizuj strukturę atomową.
<ol>
	<li>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).
	<ol>
		<li>Wygeneruj początkową strukturę nanowstążek (BN) z azotku boru (BN) (NR) dla "POSCAR".
		<ol>
			<li>Pobierz plik POSCAR dla jednostki masowej BN z https://materialsproject.org.</li>
			<li>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.</li>
			<li>Użyj xcrysden, aby zbudować superkomórkę BN.
			<ol>
				<li>Wpisz xcrysden --xsf POSCAR.xsf na terminalu w systemie Ubuntu. Wybierz menu Zmień/Liczba narysowanych jednostek i rozwiń komórkę w kierunkach X i Y.</li>
				<li>Wybierz menu Plik/Zapisz strukturę XSF, aby wyeksportować strukturę superkomórki o nazwie "superkomórka". 
				UWAGA: Nazwa konstrukcji jest definicją arbitralną.</li>
			</ol>
			</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
		<li>Użyj oprogramowania vmd, aby sprawdzić strukturę atomową przed przesłaniem zadania obliczeniowego.
		<ol>
			<li>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.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>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.</li>
</ol>
2. Oblicz energię enkapsulacji.
<ol>
	<li>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).</li>
	<li>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.</li>
	<li>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.</li>
</ol>
3. Wyodrębnij właściwości elektroniczne ze struktury pasma.
<ol>
	<li>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).</li>
	<li>Wpisz qsub job.pbs w terminalu w systemie Linux, aby przesłać zadanie.</li>
	<li>Użyj P4VASP, aby wygenerować projektowane pasmo.
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Wybierz menu Elektroniczny/Lokalny DOS+pasmowy control, a następnie Select/Bands.
		<ol>
			<li>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.</li>
			<li>Powtórz tę samą procedurę po kroku 3.3.2.1, aby uzyskać rzutowane pasmo z wkładami NR.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Użyj xmgrace, aby edytować rzutowane pasmo.
	<ol>
		<li>Wpisz xmgrace 11-4.agr na terminalu, aby uruchomić xmgrace w systemie Ubuntu. Wybierz menu Właściwości działki/osi, aby edytować etykietę i zakres osi.</li>
		<li>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 <VBMNR <CBMNR <CBMNT lub VBMNR <VBMNT <CBMNT <CBMNR), typ II (VBMNT <VBMNR <CBMNT <CBMNR lub VBMNR <VBMNT <CBMNR <CBMNT), lub typu III (VBMNT <VBMNT <CBMNR <CBMNR lub VBMNR <VBMNR <CBMNT <CBMNT)<klasa sup="xref">9.</li>
		<li>Oblicz przesunięcie pasma walencyjnego (VBO), przesunięcie pasma przewodzenia (CBO) i przerwę energetyczną zgodnie z Kang et al.16.</li>
		<li>Wybierz menu Plik/Drukuj, aby wyeksportować wykres w formacie eps.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Oblicz gęstość ładunku rozłożonego w paśmie dla VBM i CBM.
	<ol>
		<li>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).</li>
		<li>Wpisz qsub job.pbs w terminalu w systemie Linux, aby przesłać zadanie.</li>
		<li>Użyj vmd, aby wykreślić VBM i CBM w przestrzeni rzeczywistej po zakończeniu zadania.
		<ol>
			<li>Uruchom sesję vmd i załaduj plik POSCAR jak w kroku 1.1.4.</li>
			<li>Wybierz menu Plik/Nowa cząsteczka w oknie głównym vmd. Znajdź plik PARCHG w oknie Przeglądaj. Załaduj PARCHG, wpisując VASP_PARCHG.</li>
			<li>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.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Moduluj właściwości elektroniczne nanokompozytu (NT zamkniętego wewnątrz NR) za pomocą zewnętrznych pól.
<ol>
	<li>Dodaj poprzeczne pole elektryczne do nanokompozytu17.
	<ol>
		<li>Przygotuj jeden skrypt PBS "job.pbs" i cztery pliki wejściowe: INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS.</li>
		<li>Określ natężenie pola elektrycznego za pomocą znacznika "EFIELD" w jednostkach eV/A.</li>
		<li>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.</li>
		<li>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.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Dodać do nanokompozytu podłużne odkształcenie rozciągające.
	<ol>
		<li>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.</li>
		<li>Rozluźnij zmodyfikowaną strukturę zgodnie z sekcją 1.</li>
		<li>Wykonaj statyczne obliczenia samospójne i obliczenia struktury pasmowej zgodnie z sekcjami 2 i 3.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Collins, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Accelerated+discovery+of+two+crystal+structure+types+in+a+complex+inorganic+phase+field%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Accelerated discovery of two crystal structure types in a complex inorganic phase field.</a> Nature. 546 (7657), 280-284 (2017).</li>
<li>Jain, A., Shin, Y., Persson, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Computational+predictions+of+energy+materials+using+density+functional+theory%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Reviews+Materials%22%5BJournal%5D)">Computational predictions of energy materials using density functional theory.</a> Nature Reviews Materials. 1 (1), 15004(2016).</li>
<li>de Jong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Charting+the+complete+elastic+properties+of+inorganic+crystalline+compounds%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Data%22%5BJournal%5D)">Charting the complete elastic properties of inorganic crystalline compounds.</a> Scientific Data. 2, 150009(2015).</li>
<li>Fu, C. F., Wu, X. J., Yang, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Material+Design+for+Photocatalytic+Water+Splitting+from+a+Theoretical+Perspective%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Material Design for Photocatalytic Water Splitting from a Theoretical Perspective.</a> Advanced Materials. 30 (48), 1802106(2018).</li>
<li>Gu, T., Luo, W., Xiang, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prediction+of+two-dimensional+materials+by+the+global+optimization+approach%5BTitle%5D)+AND+%22Wiley+Interdisciplinary+Reviews-Computational+Molecular+Science%22%5BJournal%5D)">Prediction of two-dimensional materials by the global optimization approach.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews-Computational Molecular Science. 7 (2), e1295(2017).</li>
<li>Lejaeghere, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reproducibility+in+density+functional+theory+calculations+of+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Reproducibility in density functional theory calculations of solids.</a> Science. 351 (6280), aad3000(2016).</li>
<li>Kresse, G., Furthmüller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Efficient+Iterative+Schemes+for+ab+Initio+Total-Energy+Calculations+Using+a+Plane-Wave+Basis+Set%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Efficient Iterative Schemes for ab Initio Total-Energy Calculations Using a Plane-Wave Basis Set.</a> Physical Review B. 54 (16), 11169-11186 (1996).</li>
<li>Perdew, J. P., Burke, K., Ernzerhof, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generalized+Gradient+Approximation+Made+Simple%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Generalized Gradient Approximation Made Simple.</a> Physical Review Letters. 77 (18), 3865-3868 (1996).</li>
<li>Ozcelik, V. O., Azadani, J. G., Yang, C., Koester, S. J., Low, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band+alignment+of+two-dimensional+semiconductors+for+designing+heterostructures+with+momentum+space+matching%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Band alignment of two-dimensional semiconductors for designing heterostructures with momentum space matching.</a> Physical Review B. 94 (3), 035125(2016).</li>
<li>Gong, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+staggered+band+alignment+in+one-dimensional+van+der+Waals+heterostructures%3A+binary+compound+nanoribbons+in+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+C%22%5BJournal%5D)">Robust staggered band alignment in one-dimensional van der Waals heterostructures: binary compound nanoribbons in nanotubes.</a> Journal of Materials Chemistry C. 7 (13), 3829-3836 (2019).</li>
<li>Grimme, S., Antony, J., Ehrlich, S., Krieg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Consistent+and+Accurate+ab+Initio+Parametrization+of+Density+Functional+Dispersion+Correction+%28DFT-D%29+for+the+94+Elements+H-Pu%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">A Consistent and Accurate ab Initio Parametrization of Density Functional Dispersion Correction (DFT-D) for the 94 Elements H-Pu.</a> Journal of Chemical Physics. 132 (15), 154104(2010).</li>
<li>Zhang, L., Chen, Z. Q., Su, J., Li, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Data+mining+new+energy+materials+from+structure+databases%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+%26+Sustainable+Energy+Reviews%22%5BJournal%5D)">Data mining new energy materials from structure databases.</a> Renewable & Sustainable Energy Reviews. 107, 554-567 (2019).</li>
<li>Zakutayev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+open+experimental+database+for+exploring+inorganic+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Scientific+Data%22%5BJournal%5D)">An open experimental database for exploring inorganic materials.</a> Scientific Data. 5, 180053(2018).</li>
<li>Kou, L. Z., Tang, C., Frauenheim, T., Chen, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+Charge+Separation+and+Tunable+Electronic+Band+Gap+of+Armchair+Graphene+Nanoribbons+Encapsulated+in+a+Double-Walled+Carbon+Nanotube%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Intrinsic Charge Separation and Tunable Electronic Band Gap of Armchair Graphene Nanoribbons Encapsulated in a Double-Walled Carbon Nanotube.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 4 (8), 1328-1333 (2013).</li>
<li>Kou, L. Z., Tang, C., Wehling, T., Frauenheim, T., Chen, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Emergent+properties+and+trends+of+a+new+class+of+carbon+nanocomposites%3A+graphene+nanoribbons+encapsulated+in+a+carbon+nanotube%5BTitle%5D)+AND+%22Nanoscale%22%5BJournal%5D)">Emergent properties and trends of a new class of carbon nanocomposites: graphene nanoribbons encapsulated in a carbon nanotube.</a> Nanoscale. 5 (8), 3306-3314 (2013).</li>
<li>Kang, J., Tongay, S., Zhou, J., Li, J. B., Wu, J. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band+offsets+and+heterostructures+of+two-dimensional+semiconductors%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Physics+Letters%22%5BJournal%5D)">Band offsets and heterostructures of two-dimensional semiconductors.</a> Applied Physics Letters. 102 (1), 012111(2013).</li>
<li>Makov, G., Payne, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Periodic+boundary+conditions+in+ab+initio+calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Periodic boundary conditions in ab initio calculations.</a> Physical Review B. 51 (7), 4014-4022 (1995).</li>
<li>Chen, C., Lee, M., Clark, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Band+gap+modification+of+singlewalled+carbon+nanotube+and+boron+nitride+nanotube+under+a+transverse+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Band gap modification of singlewalled carbon nanotube and boron nitride nanotube under a transverse electric field.</a> Nanotechnology. 15 (12), 1837(2004).</li>
<li>Zhang, Z. H., Guo, W. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Energy-gap+Modulation+of+BN+Ribbons+by+Transverse+Electric+Fields%3A+First-Principles+Calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Energy-gap Modulation of BN Ribbons by Transverse Electric Fields: First-Principles Calculations.</a> Physical Review B. 77 (7), 075403(2008).</li>
<li>Sahin, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Monolayer+Honeycomb+Structures+of+Group-IV+Elements+and+III-V+Binary+Compounds%3A+First-Principles+Calculations%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Monolayer Honeycomb Structures of Group-IV Elements and III-V Binary Compounds: First-Principles Calculations.</a> Physical Review B. 80 (15), 155453(2009).</li>
<li>Yang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+Photocatalytic+Hydrogen+Generation+and+Capsule+Storage+in+Graphene+Based+Sandwich+Structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Combining Photocatalytic Hydrogen Generation and Capsule Storage in Graphene Based Sandwich Structures.</a> Nature Communications. 8, 16049(2017).</li>
<li>Neugebauer, J., Scheffler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Adsorbate-substrate+and+adsorbate-adsorbate+interactions+of+Na+and+K+adlayers+on+Al%28111%29%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+B%22%5BJournal%5D)">Adsorbate-substrate and adsorbate-adsorbate interactions of Na and K adlayers on Al(111).</a> Physical Review B. 46 (24), 16067(1992).</li>
<li>He, W., Li, Z. Y., Yang, J. L., Hou, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electronic+structures+of+organic+molecule+encapsulated+BN+nanotubes+under+transverse+electric+field%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Electronic structures of organic molecule encapsulated BN nanotubes under transverse electric field.</a> Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709(2006).</li>
<li>Zhang, R. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+Z-Scheme+Water+Splitting+Photocatalyst+Based+on+Two-Dimensional+Van+Der+Waals+Heterostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Physical+Chemistry+Letters%22%5BJournal%5D)">Direct Z-Scheme Water Splitting Photocatalyst Based on Two-Dimensional Van Der Waals Heterostructures.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 9 (18), 5419-5424 (2018).</li>
<li>Paiera, J., Marsman, M., Hummer, K., Kresse, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Screened+hybrid+density+functionals+applied+to+solids%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Chemical+Physics%22%5BJournal%5D)">Screened hybrid density functionals applied to solids.</a> Journal of Chemical Physics. 124 (15), 154709(2006).</li>
<li>Pyzer-Knapp, E. O., Suh, C., Gómez-Bombarelli, R., Aguilera-Iparraguirre, J., Aspuru-Guzik, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+Is+High-Throughput+Virtual+Screening%3F+A+Perspective+from+Organic+Materials+Discovery%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+Review+of+Materials+Research%22%5BJournal%5D)">What Is High-Throughput Virtual Screening? A Perspective from Organic Materials Discovery.</a> Annual Review of Materials Research. 45, 195-216 (2015).</li>
<li>Cerqueira, T. F. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identification+of+Novel+Cu%2C+Ag%2C+and+Au+Ternary+Oxides+from+Global+Structural+Prediction%5BTitle%5D)+AND+%22Chemistry+of+Materials%22%5BJournal%5D)">Identification of Novel Cu, Ag, and Au Ternary Oxides from Global Structural Prediction.</a> Chemistry of Materials. 27 (13), 4562-4573 (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

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 ...

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.

<table><tbody><tr><td>Nanotube Modeler</td><td>Opracowany przez Dr. Steffen Weber</td><td>NanotubeModeler1.8</td><td>http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe</td></tr><tr><td>P4VASP</td><td>Orest Dubay</td><td>p4vasp 0.3.30</td><td>Open source, dostępny pod adresem www.p4vasp.at</td></tr><tr><td>v2xsf</td><td>Opracowany przez Dr. Jensa Kunstmanna</td><td>v2xsf</td><td>http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html</td></tr><tr><td>oprogramowaniu</td> <td>VASPFizyka Materiałów Obliczeniowych, Wydział Fizyki, Uniwersytet Wiedeński</td><td>vasp.5.4.1</td><td>https://www.vasp.at</td></tr><tr><td>VMD software</td><td>Grupa Biofizyki Teoretycznej i Obliczeniowej, Uniwersytet Illinois w Urbana-Champaign</td><td>vmd1.9.3</td><td>https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd</td></tr><tr><td>xcrysden</td><td>Wydział Chemii Fizycznej i Organicznej, Instytut Józefa Stefana</td><td>XCrySDen1.5.60</td><td>http://www.xcrysden.org/</td></tr><tr><td>Xmakemol</td><td>Opracowany przez M. P. Hodges</td><td>xmakemol5.16</td><td>https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html</td></tr><tr><td>Xmgrace software</td><td>Grace Development Team pod koordynacją Evgeny Stambulchik</td><td>xmgrace5.1.25</td><td>http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/</td></tr></tbody></table>

wyrównanie pasma sondy typu ii w jednowymiarowych heterostrukturach van der waalsa przy użyciu obliczeń opartych na pierwszych zasadach

Probe Type II Band Alignment in One-Dimensional Van Der Waals Heterostructures Using First-Principles Calculations

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.

Jako reprezentatywne przykłady jednowymiarowej (1D) heterostruktury vdW wybrano nanopręty BN o strukturze zygzakowatej (BN-NRs) zamknięte w nanorurkach BN o strukturze fotelowej (armchair BN-NTs) (11,11). Parametry sieci zaczerpnięto z pracy Sahina i wsp.20. Dla ułatwienia nanopręty zygzakowate oznaczono skrótem Zn, gdzie n oznacza dimery III–V wzdłuż szerokości14. Energię enkapsulacji EL z kroku 2.3 wykorzystano jako przybliżoną ocenę stabilności ener...

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.

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

Computational tools based on density-functional theory (DFT) enable the exploration of the qualitatively new, experimentally attainable nanoscale ...

Protokół ten informuje o obliczeniowym badaniu przesiewowym fotokatalizatora z wyrównaniem wiązań typu drugiego według pierwszych zasad Softwire ogromne wyraziste Calais, nanowstążki azotynu boru zamknięte w nanorurkach. I biorąc inne przykłady. Krok pierwszy, zoptymalizuj strukturę atomową.Przygotuj pliki wejściowe do obliczeń relaksacji struktury za pomocą vast, INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS. W pliku INCAR znajdują się określone parametry, które definiują obliczenia. Linia w pliku INCAR otoczona niebieskim polem, w przypadku, gdy wszystkie atomy są rozluźnione, aż siła działająca na każdy atom będzie mniejsza niż 0,028 na atom.Plik POSCAR zawiera informacje o geometrii atomowej. Początkowe parametry kraty w pliku, POSCAR można wybrać spośród odniesień radykalnych lub eksperymentalnych. Jak wskazuje pomarańczowa ramka.KPOINTS definiuje siatkę KPOINT, a POSCAR jest nadal potencjalnym plikiem, który generuje początkową strukturę nanowstążki azotynów boru dla POSCAR. Najpierw pobierz POSCAR dla jednostki skrzynkowej z azotynów boru ze strony internetowej The Materials Project. Użyli V2SXF do konwersji POSCAR na plik w formacie SXF.Plik SXF może być prawym wyrażeniem. Wpisz V2SXF POSCAR na no w systemie drugim pasma. I wyjście POSCAR SXFGZ tab gunzi POSCAR, delta SXF-GZ.I wyjście POSCAR SXF. Użyjemy xcrysden do zbudowania superkomórki z azotynu boru. Wpisz xcrysden-sxf POSCAR.Xsf.Wybierz menu, modyfikując narysowaną liczbę chorób i rozszerz styl w kierunku X i Y. Wybierz menu, plik. Zapisz strukturę XSF, aby wyeksportować strukturę superkomórki.Użyj xmakemol, aby otworzyć superkomórkę, wpisując superkomórkę xmakemol-f. Wybierz menu i dodaj je jako widoczne. Kliknij przełącznik, aby opóźnić atomy wewnątrz zakresowej i odlewać nanowstęgę o pożądanej szerokości i chiralności.Nanorurki z azotynów boru mogą być konstruowane przez modeler nanorurek, otwarty modeler nanorurek EXC w systemie okiennym. Wybierz menu, wybierz typ B-N. I określ chiralności.Wybierz menu, plik, zapisz tabelę XYZ, aby wyeksportować tę strukturę. Użyj VMD Southwire, aby sprawdzić strukturę atomową przed rozpoczęciem wykonywania zadania obliczeniowego. Wpisz VMD w wewnętrznym systemie VMD.W otwartym oknie głównym VMD. Wybierz menu, plik, cząsteczkę i znajdź POSCAR w oknie przeglądania. Załaduj POSCAR według typu MAGE i wyniku POSCAR.Wyświetlanie struktury według różnych stylów w oknie metod rysowania reprezentacji graficznych. Na przykład wybierz CPK. Każdy atom jest reprezentowany przez kulę, a każde wiązanie jest reprezentowane przez palik.Wpisz qsub job. pbs, aby przesłać zadanie do komputera. Klasa do przenośnego skryptu systemów wsadowych.Jest to przykład skryptu o nazwie job.pbs. Po zakończeniu zadania, jeśli stosunek wymaga dokładności, minimalizacja energii konstrukcji zatrzymującej pojawia się na końcu blokady wyjścia. Zbieżnym wynikiem jest zawieszenie.Wynikowy POSCAR zostanie wykorzystany jako plik wejściowy POSCAR do następujących obliczeń. Do analizy właściwości elektronicznych materiałów. Krok drugi.Oblicz energię enkapsulacji. Wpisz mkdir nanokompozyt izolowany-nanowstążka izolowana-nanorurka, aby utworzyć foldery qsub dla wewnętrznego nanokompozytu, nanowstążki i nanorurki w systemie Linux. Przygotuj jeden skrypt PBS, zadanie.pbs i cztery pliki wejściowe INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS. W przypadku energii, obliczenia w każdym folderze. Plik wejściowy POSCAR w ten sam sposób, który rozluźnia strukturę i liczy CAR, tworzy ten jeden.Przejdź do każdego folderu i wpisz qsub job. pbs do wewnętrznego systemu Linux. Seria połączonych zadań wykona statyczne obliczenia samospójnej energii nanokompozytów, odpowiednio izoluje nanowstęgi, izoluje nanorurki.Następnie śledź całkowitą energię z pliku OUTCAR dla każdego polecenia kopii zapasowej systemu. Po zakończeniu statycznych obliczeń samospójnych oblicz energię enkapsulacji, jak pokazano w tym wzorze. Okresowe oddziaływanie nanokompozytu jest dozwolone w osi Z, a L jest stałą sieciową komórki elementarnej, wzdłuż Z. Energię enkapsulacji można wykorzystać jako oszacowanie stabilności energetycznej nanokompozytu.Krok trzeci, wyodrębnij właściwości elektroniczne ze struktury pasma. Przygotuj jedno zadanie skryptu PBS. PBS i sześć plików wejściowych.INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, CHGCAR i CHG. Do obliczeń pasmowych, wspomniany ICHARG wynosi 11 w INCAR. Pliki CHGCAR i CHG przed konwersją pochodzą ze statycznych, samospójnych obliczeń.Próbkowanie KPOINT w KPOINTS odbywa się w trybie liniowym. Wpisz zadanie qsub. pbs do wewnętrznego systemu Linux, aby przesłać zadanie.Użyj p4vasprun, aby wygenerować rzutowane pasmo. Załaduj vasprun. XML, wpisując P4V Vasprun.XML w terminalu. Wybierz menu, elektroniczne lokalne pasma DOS. Kontroluj, a następnie wybierz pasma.Określ liczby atomowe nanorurki w wyborze atomów etykiety. Uzyskaj liczbę atomową, wskazując odpowiednie atomy za pomocą VMD. Określ kolor, typ i rozmiar symbolu dla rzutowanej struktury pasma.Te menu symbol i rozmiar symbolu. Naciśnij menu, dodaj nową linię. Wykres pokaże strukturę pasma z wkładem nanorurek.Następnie powtórz tę samą procedurę, aby zebrać rzutowane pasmo z wkładami z nanowstążki. Wybierz eksport wykresu menu. Wyeksportuj wykres do pliku w formacie agr.Na przykład zapisany jako 11-4.agr. Użyj ocen XM, aby zidentyfikować przewidywane pasma. Wpisz xmgrace11-4.agr na terminalu, aby uruchomić xmgrace w systemie menu. Wybierz menu, wykreśl właściwości dostępu, aby zidentyfikować etykietę i zakres osi. Wybierz wygląd ręcznego zestawu wykresów, aby odczytać wartość energii jako określony numer pasma i punkt kluczowy.Maksymalne pasmo zwolnienia i minimum pasma przewodzenia nanorurki lub nanowstążki mogą znajdować się bezpośrednio od rzutowanego pasma z udziałem odpowiednio nanorurek lub nanowstążek. Następnie oblicz przesunięcie pasma walencyjnego, przesunięcie pasma przewodzenia i przerwę energetyczną. Wybierz menu, plik, wskaż aby wyeksportować wykres z formatami APS.Oblicz rozkład pasma na gęstość ładunku dla VBM i CBM. Przygotuj jedno zadanie skryptu pbs. pbs i siedem plików wejściowych, INCAR, POSCAR, POTCAR, KPOINTS, WAVECAR, CHGCAR i CHG.Określ numery pasm dla CBM i VBM. Następnie wpisz IBAND w INCAR. Użyj jednego odpowiadającego mu KPOINT dla każdej krawędzi pasma.Punkt zbiega się CHGCAR, CHG. A pliki WAVECAR pochodzą ze statycznych, samospójnych obliczeń. Wpisz zadanie qsub.pbs do wewnętrznego systemu Linux, aby przesłać zadanie. Użyj VMD, aby wykreślić VBM i CBM w przestrzeni rzeczywistej po zakończeniu zadania. Rozpocznij sesję VMD i załaduj POSCAR.Wybierz menu, plik, nową cząsteczkę w oknie głównym VMD. Znajdź PARCHG w oknie przeglądania. Załaduj PARCHG według typu, naciśnij i naciąć PARCHG.Wybierz menu, narysuj powierzchnię bryły i pokaż powierzchnię bryły w oknie reprezentacji graficznych. Zmień wartość ISO na odpowiednią wartość, na przykład 0,02. Zmień kolor powierzchni ISO za pomocą metody kolorowania menu.Krok czwarty, moduluj właściwości elektroniczne nanokompozytu za pomocą pól zewnętrznych. Dodaj poprzeczne pole elektryczne do nanokompozytu. Przygotuj jedno zadanie skryptu PBS.pbs i cztery pliki wejściowe: INCAR, POSCAR, POTCAR i KPOINTS. Określ natężenie pola elektrycznego za pomocą znacznika e-pole w jednostkach eV Astrum. Ustaw LDIPOL równa się T, ustaw IDIPOL równa się 2.A pole elektryczne zostanie przyłożone do osi Y. Wykonuj statyczne obliczenia samospójne i obliczenia struktury pasmowej, wykonując kroki drugi i trzeci bez optymalizacji struktury. Dodać podłużny test wytrzymałości do nanokompozytu, połączyć parametr sieci wzdłuż kierunku okresowego, aby uwzględnić efekt struny.Na przykład, aby zoptymalizować parametr sieci nanokompozytu wzdłuż osi wynosi 2,5045 Astrum Jeśli zastosowano 1%a osiowa wytrzymałość na rozciąganie wzdłuż Z poprzez działanie. Zmień parametr kraty w POSCAR na 2,529545 Astrum. Rozluźnij modyfikację struktury zgodnie z krokiem pierwszym, wykonaj statyczne obliczenia samospójne i obliczenia struktury pasmowej, wykonując kroki drugi i trzeci.Reprezentatywne wyniki. Energia enkapsulacji może być wykorzystana jako przybliżone oszacowanie stabilności energetycznej nanokompozytu. Energia enkapsulacji nanowstążek azotynu boru, 2, a 3 i 4 zamkniętych w nanorurce azotynu boru 11, 11 wynosi odpowiednio 0,033 eV Astrum, 0,068 eV Astrum i 0131 eV Astrum.Chociaż energia enkapsulacji zmienia się o rząd wielkości w zależności od rozmiaru nanowstążki, wszystkie trzy nanokompozyty mają wyrównanie pasm typu drugiego. Jest to struktura pasmowa azotynu boru i nanowstążek, cztery zamknięte w nanorurce azotynu boru, 11, 11. Maksimum pasma walencyjnego i minimum pasma przewodnictwa znajdują się odpowiednio na nanorurce i nanowstążce.Naprzemienne wyrównanie pasma jest korzystne dla prądów świetlnych, a główny mechanizm transportu ładunku jest następujący. Zdjęcie generuje elektryczny kadłub reklamowy w nanowstęgach w punkcie X. Następnie całość dysocjuje od nanowstążek do nanorurek.Obliczone przesunięcie pasma walencyjnego wynosi 317 mikro eV. Jest większa niż energia cieplna o temperaturze 300 kelwinów, czyli około 13 mikro eV. To skutecznie zmniejsza szybkość rekombinacji nośników generowanych przez światło.Aby zwiększyć zbieranie światła w szerokim spektrum, przenosi ono pole elektryczne i wzdłużną wytrzymałość na rozciąganie są nakładane na nanowstążki z azotynu boru, cztery zamknięte wewnątrz nanorurki z azotynu boru, 11, 11. Jest to ewolucja krawędzi pasma w stosunku do poziomu podciśnienia i nie reaguje na żadne pole. W tym nanokompozycie obserwuje się znaczne zmniejszenie szczeliny do blisko 0,95 eV przez oba pola zewnętrzne.Co ważniejsze, naprzemienne wyrównanie pasma jest zachowane w stosunku do dyfuzji. Potencjały redoks wody są oznaczone niebieskimi liniami przerywanymi. Krawędzie pasma są względne w stosunku do potencjałów redoks, co wskazuje, że taki nanokompozyt może być obiecujący do rozszczepiania wody. Konkluzja.Szybkie i wydajne jest zastosowanie obliczeniowego podejścia przesiewowego w celu odkrycia materiałów niskowymiarowych, które mają właściwości odpowiednie do samodzielnego rozszczepiania wody. Taki jednowymiarowy system może proponować integrację fotokatalatowanego wytwarzania wodoru i bezpiecznego zasięgu w stylu kapsuły. Fotogenerowane elektrony mogą być zbierane przez nanowstążkę, protony przenikają przez nanorurkę, aby wytworzyć cząsteczkę wodoru połączoną przez przyciąganie elektrostatyczne.Wytworzony wodór jest całkowicie izolowany w nanorurce, aby uniknąć niepożądanej reakcji odwrotnej lub eksplozji. Obliczenia oparte na pierwszych zasadach zaniżą stan luki przy użyciu funkcji ŚOI. Mogą jednak uchwycić podstawowe trendy w wyrównaniu pasm i przesunięciach pasm.Dokładniejsze wartości przesunięcia pasma walencyjnego, przesunięcia pasma przewodzenia i przerwy energetycznej są potrzebne w porównaniu z pracami eksperymentalnymi, raczej zastosowanie byłoby funkcjonalne, co będzie czasochłonne niż funkcja PPE. Poza tym, aby zająć się żywotnością kadłubów generowanych przez zdjęcia i elektryczności w stanach statycznych, nano diabetycy odmawiają mi niektórych potrzebnych obliczeń. Jest to ważne dla projektowania fotokatalizatorów o długiej żywotności.

probe-type-ii-band-alignment-one-dimensional-van-der-waals

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Nieuporządkowane struktury oferują nowe mechanizmy tworzenia fotonicznych pasm wzbronionych i niespotykaną dotąd swobodę w projektach funkcjonalnych defektów. Aby obejść wyzwania obliczeniowe związane z nieuporządkowanymi systemami, konstruujemy modułowe próbki makroskopowe nowej klasy materiałów PBG i wykorzystujemy mikrofale do scharakteryzowania ich niezmiennych właściwości fotonicznych w łatwy i niedrogi sposób.

Wykorzystanie mikrofalowych i makroskopowych próbek dielektrycznych ciał stałych do badania właściwości fotonicznych nieuporządkowanych materiałów fotonicznych wzbronionych

Opisano zastosowanie obrazowania kontrastowego z kanałem elektronowym w skaningowym mikroskopie elektronowym do charakteryzowania defektów w cienkich warstwach heteroekspeksjalnych III-V/Si. Metoda ta daje podobne wyniki do transmisyjnej mikroskopii elektronowej w widoku planowym, ale w znacznie krótszym czasie ze względu na brak wymaganego przygotowania próbki.

Obrazowanie kontrastowe z kanałem elektronowym do szybkiej charakterystyki heteroepitaksjalnej III-V

Cienkie warstwy (100-1000 A) dwutlenku wanadu (VO2) zostały stworzone przez osadzanie warstwy atomowej (ALD) na podłożach szafirowych. Następnie scharakteryzowano właściwości optyczne poprzez przejście metal-izolator VO2. Na podstawie zmierzonych właściwości optycznych stworzono model opisujący przestrajalny współczynnik załamania światła VO2.

Osadzanie warstw atomowych dwutlenku wanadu i model optyczny zależny od temperatury

W tym artykule prezentujemy protokół bezpośredniego wyhodowania epitaksjalnego, ale elastycznego elementu pamięci tytanianu cyrkonu ołowiowego na mice muskowitowej.

Metoda wytwarzania i pomiaru elastycznego elementu ferroelektrycznego opartego na heteroepitaksji van der Waalsa

Kwantowe układy scalone (QIC) składające się z układu płaskich i balistycznych złączy Josephsona (JJ) opartych na In0.75Ga0.25Jako dwuwymiarowy gaz elektronowy (2DEG) jest pokazany. Omówiono dwie różne metody wytwarzania dwuwymiarowych (2D) JJ i QIC, a następnie zademonstrowano pomiary transportu kwantowego w temperaturach poniżej Kelvina.

Skalowalne kwantowe układy scalone na nadprzewodzącej dwuwymiarowej platformie gazu elektronowego

Korzystając z jednoosiowego odkształcenia w połączeniu z mikroskopią tunelową skaningową o polaryzacji spinowej, wizualizujemy i manipulujemy antyferromagnetyczną strukturą domeny Fe1+yTe, związku macierzystego nadprzewodników na bazie żelaza.

Wizualizacja jednoosiowej manipulacji odkształceń domen antyferromagnetycznych w Fe1+YTe za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego spolaryzowanego spinowo

W tej pracy opisujemy technikę, która jest używana do tworzenia nowych kryształów (heterostruktur van der Waalsa) poprzez układanie ultracienkich warstw materiałów 2D z precyzyjną kontrolą pozycji i względnej orientacji.

Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa z precyzyjnym wyrównaniem obrotowym

Prezentowany tutaj jest protokół do analizy zmian nanostrukturalnych podczas polaryzacji in situ z transmisyjną mikroskopią elektronową (TEM) dla ułożonej struktury metal-izolator-metal. Ma on znaczące zastosowania w rezystancyjnych poprzeczkach przełączających dla nowej generacji programowalnych obwodów logicznych i sprzętu neuronaśladującego, aby ujawnić ich podstawowe mechanizmy działania i praktyczne zastosowanie.

Transmisyjna mikroskopia elektronowa in situ z polaryzacją i wytwarzaniem asymetrycznych poprzeczek w oparciu o mieszane fazy a-VO x

Ten artykuł przedstawia zoptymalizowany, oparty na doświadczeniu protokół wytwarzania wysokiej jakości urządzeń z supersieci mory na bazie grafenu z precyzyjnymi kątami skrętu, wykorzystując zmodyfikowaną technikę suchego transferu opartą na wysoce przestrajalnym, niestandardowym zestawie transferu.

Zoptymalizowana procedura produkcji wysokiej jakości urządzeń z efektu mory superkratowej na bazie grafenu

W pracy przedstawiono metodologię wytwarzania bez pozostałości do wytwarzania pojedynczych płatków materiałów dwuwymiarowych i łączenia ich w złożone heterostruktury przy użyciu wyłącznie oddziaływań van der Waalsa. Technika ta eliminuje potrzebę stosowania substancji zewnętrznych i specyficznych warunków eksperymentalnych, umożliwiając złożone składanie heterostruktur poprzez procesy układania od dołu do góry, od góry do dołu i modułowe.

Wytwarzanie heterostruktur van der Waalsa w materiałach dwuwymiarowych bez pozostałości

Prezentujemy odtwarzalny protokół spektroskopii piezoreflektansowej z modulacją naprężeń, który umożliwia pomiar ΔR/R z wykrywaniem lock-in dla kryształów van der Waals przeniesionych na piezoceramiczne, i wyniki z charakteryzacją bezpośrednich przejść optycznych poprzez spektra ΔR/R z wykorzystaniem pasowania pochodnej trzeciej z formułą Aspnes.

Spektroskopia piezoreflekcyjna przejść optycznych w warstwowachrystałach van der Waalsa

Poznaj metodę przesiewu obliczeniowego fotokatalizatorów z wyrównaniem pasma typu II przy użyciu obliczeń pierwszych zasad. Technika ta umożliwia optymalizację struktur nanorurek azotku boru dla zastosowań w fotokatalizie wodnej.

Wyrównanie pasma sondy typu II w jednowymiarowych heterostrukturach van der Waalsa przy użyciu obliczeń opartych na pierwszych zasadach (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów