аспирант
graduate student
преподаватель
lecturer
адъюнкт-профессор
associate professor
д.ф.-м.н., доцент, заведующий кафедрой информатики и вычислительной техники им. В.К. Буторина, профессор кафедры прикладной математики и информатики
Dr. Sci. (Phys. and Math.), Assist. Professor, Head of Department of Informatics and Computer Engineering named after V.K. Butorin, Professor of the Department of Applied Mathematics and Informatics
д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля
Dr. Sci. (Phys. and Math.), Prof., Head of the Department of Natural Sciences named after Professor V.M. Finkel
Уникальные физические свойства графена (высокая подвижность электронов, прочность, эластичность и теплопроводность) делают его идеальным объектом для изучения новых физических явлений. Графен рассматривается как перспективный материал, который может быть положен в основу наноэлектроники. Но при этом есть существенное ограничение его широкого использования – он обладает нулевой шириной запрещенной зоны. Исследование способов модификации его электронных свойств, в том числе с применением моделирования, является актуальным, так как это может позволить расширить сферу применения графена в электронике, сенсорике, энергетике и других областях, позволяя создавать более эффективные, быстрые и энергоэффективные устройства. Представлены результаты исследования электронных свойств графена, допированного атомами азота, с использованием метода компьютерного моделирования. Методология исследования базируется на первопринципных вычислениях в рамках метода функционала плотности (DFT) с применением программного пакета VASP. Моделирование проводили для гексагональной суперячейки 4 × 4 с варьируемой концентрацией атомов азота от 3,125 до 18,750 %. Установлено, что допирование графена атомами азота приводит к существенным изменениям его электронных свойств. Показано формирование запрещенной зоны и смещение уровня Ферми выше точки Дирака, что трансформирует графен в полупроводник n-типа. Выявлена немонотонная зависимость ширины запрещенной зоны от концентрации и расположения атомов азота в решетке. Полученные результаты демонстрируют возможность целенаправленной модификации электронных свойств графена путем контролируемого допирования азотом, что открывает новые перспективы для его практического применения в наноэлектронике.
The unique physical properties of graphene, such as high electron mobility, strength, elasticity, and thermal conductivity, make it an ideal object for studying new physical phenomena. Despite significant advances in the study of its properties, graphene's potential is still far from being exhausted, and studies of its possible practical application are continuing. In particular, graphene is considered as a promising material that can be used as the basis for nano-electronics. However, there is a significant limitation to its widespread use - it has a zero band gap. Therefore, the study of ways to modify its electronic properties, including using modeling, is relevant, as this may allow expanding the scope of graphene's applications in electronics, sensors, energy and other fields, allowing the creation of more efficient, fast and energy-efficient devices. The article presents the results of a study of the electronic properties of graphene doped with nitrogen atoms using the computer modeling method. The research methodology is based on first-principle calculations using the density functional (DFT) method using the VASP software package. The simulation was performed for a 4 × 4 hexagonal supercell with a variable concentration of nitrogen atoms from 3.125 to 18.750 %. In the course of the study, it was found that doping graphene with nitrogen atoms leads to significant changes in its electronic properties. The formation of a band gap and the displacement of the Fermi level above the Dirac point are shown, which transforms graphene into an n-type semiconductor. A nonmonotonic dependence of the band gap width on the concentration and arrangement of nitrogen atoms in the lattice is revealed. The results obtained during the study demonstrate the possibility of purposefully modifying the electronic properties of graphene by controlled nitrogen doping, which opens up new prospects for its practical application in nanoelectronics. The data obtained can be used to optimize the parameters of graphene structures in the development of new electronic devices.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.