Hexagonal borophene stabilized by mixed doping: structure, stability, electronic and mechanical properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Using DFT calculations, the possibility of stabilizing the hexagonal honeycomb shape of borophene by mixed doping in the B6Ga2Mg4 system was showed, where a flat sheet of borophene is placed between two layers formed by magnesium and gallium atoms. B6Ga2Mg4 is a relatively soft material with metallic conductivity. Evaluation of the thermodynamic stability of this compound shows that melting will occur at temperatures above 1200 K.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. V. Steglenko

Southern Federal University

Author for correspondence.
Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Institute of Physical and Organic Chemistry

Russian Federation, Rostov-on-Don, 344090

T. N. Gribanova

Southern Federal University

Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Institute of Physical and Organic Chemistry

Russian Federation, Rostov-on-Don, 344090

R. M. Minyaev

Southern Federal University

Email: dvsteglenko@sfedu.ru

Institute of Physical and Organic Chemistry

Russian Federation, Rostov-on-Don, 344090

References

  1. Novoselov K.S., Geim A.K., Morozov S.V. et al. // Science. 2004. V. 306. № 5696. P. 666. https://doi.org/10.1126/science.1102896
  2. Castro Neto A.H., Guinea F., Peres N.M.R. et al. // Rev. Mod. Phys. 2009. V. 81. № 1. P. 109. https://doi.org/10.1103/RevModPhys.81.109
  3. Yang X., Xu M., Qiu W. et al. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. № 22. P. 8096. https://doi.org/10.1039/c1jm10697j
  4. Wang Q.H., Kalantar-Zadeh K., Kis A. et al. // Nat. Nanotechnol. 2012. V. 7. № 11. P. 699. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.193
  5. Radisavljevic B., Radenovic A., Brivio J. et al. // Nat. Nanotechnol. 2011. V. 6. № 3. P. 147. https://doi.org/10.1038/nnano.2010.279
  6. Chen Y.L., Analytis J.G., Chu J.-H. et al. // Science. 2009. V. 325. № 5937. P. 178. https://doi.org/0.1126/science.1173034
  7. Jariwala D., Sangwan V.K., Lauhon L.J. et al. // ACS Nano. 2014. V. 8. № 2. P. 1102. https://doi.org/10.1021/nn500064s
  8. Miao N., Xu B., Bristowe N.C. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2017. V. 139. № 32. P. 11125. https://doi.org/10.1021/jacs.7b05133
  9. Kumar H., Frey N.C., Dong L. et al. // ACS Nano. 2017. V. 11. № 8. P. 7648. https://doi.org/10.1021/acsnano.7b02578
  10. Tan C., Cao X., Wu X.-J. et al. // Chem. Rev. 2017. V. 117. № 9. P. 6225. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.6b00558
  11. Xu M., Liang T., Shi M. et al. // Chem. Rev. 2013. V. 113. № 5. P. 3766. https://doi.org/10.1021/cr300263a
  12. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. et al. // Struct. Chem. 2020. V. 31. № 6. P. 2105. https://doi.org/10.1007/s11224-020-01606-9
  13. Kaneti Y.V., Benu D.P., Xu X. et al. // Chem. Rev. 2022. V. 122. № 1. P. 1000. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00233
  14. Yadav S., Sadique M.A., Kaushik A. et al. // J. Mater. Chem. B. 2022. V. 10. № 8. P. 1146. https://doi.org/10.1039/d1tb02277f
  15. Wang Z.-Q., Lü T.-Y., Wang H.-Q. et al. // Front. Phys. 2019. V. 14. № 3. P. 33403. https://doi.org/10.1007/s11467-019-0884-5
  16. An J.M., Pickett W.E. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. № 19. P. 4366. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.4366
  17. Kortus J., Mazin I.I., Belashchenko K.D. et al. // Phys. Rev. Lett. 2001. V. 86. № 20. P. 4656. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.86.4656
  18. Choi H.J., Roundy D., Sun H. et al. // Nature. 2002. V. 418. № 6899. P. 758. https://doi.org/10.1038/nature00898
  19. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Chem. Phys. 2019. V. 522. P. 44. https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2019.02.008
  20. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Struct. Chem. 2018. V. 29. № 1. P. 327. https://doi.org/10.1007/s11224-017-1031-y
  21. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Struct. Chem. 2017. V. 28. № 2. P. 357. https://doi.org/10.1007/s11224-016-0886-7
  22. Gribanova T.N., Minyaev R.M., Minkin V.I. // Mendeleev Commun. 2016. V. 26. № 6. P. 485. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2016.11.008
  23. Steglenko D.V., Gribanova T.N., Minyaev R.M. // J. Phys. Chem. C. 2023. V. 127. № 31. P. 15533. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c02427
  24. John D., Nharangatt B., Chatanathod R. // J. Mater. Chem. C. 2019. V. 7. № 37. P. 11493. https://doi.org/10.1039/c9tc03628h
  25. Tang H., Ismail-Beigi S. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 13. P. 134113. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.134113
  26. Penev E.S., Kutana A., Yakobson B.I. // Nano Lett. 2016. V. 16. № 4. P. 2522. https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.6b00070
  27. Steglenko D.V., Gribanova T.N., Minyaev R.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. P. 60. https://doi.org/10.1134/s0036023622601477
  28. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. № 1. P. 558. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.558
  29. Kresse G., Hafner J. // Phys. Rev. B. 1994. V. 49. № 20. P. 14251. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.49.14251
  30. Kresse G., Furthmüller J. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. № 16. P. 11169. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.11169
  31. Kresse G., Furthmüller J. // Comput. Mater. Sci. 1996. V. 6. №. 1. P. 15. https://doi.org/10.1016/0927-0256(96)00008-0
  32. Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. // Phys. Rev. Lett. 1996. V. 77. № 18. P. 3865. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.77.3865
  33. Blöchl P.E. // Phys. Rev. B. 1994. V. 50. № 24. P. 17953. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.17953
  34. Kresse G., Joubert D. // Phys. Rev. B. 1999. V. 59. № 3. P. 1758. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.59.1758
  35. Monkhorst H.J., Pack J.D. // Phys. Rev. B. 1976. V. 13. № 12. P. 5188. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.13.5188
  36. Togo A., Tanaka I. // Scripta Mater. 2015. V. 108. P. 1. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2015.07.021
  37. Nosé S. // J. Chem. Phys. 1984. V. 81. № 1. P. 511. https://doi.org/10.1063/1.447334
  38. Koichi M., Fujio I. // J. Appl. Crystallogr. 2011. V. 44. № 6. P. 1272. https://doi.org/10.1107/S0021889811038970
  39. Stokes H.T., Hatch D.M. // J. Appl. Crystallogr. 2005. V. 38. № 1. P. 237. https://doi.org/10.1107/S0021889804031528
  40. Emsley J. The elements. Oxford, 1991.
  41. Mouhat F., Coudert F.-X. // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. № 22. P. 224104. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.224104
  42. Lubarda V.A., Chen M.C. // J. Mech. Mater. Struct. 2008. V. 3. № 1. P. 153. https://doi.org/10.2140/jomms.2008.3.153
  43. Wei X., Fragneaud B., Marianetti C.A. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 20. P. 205407. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.205407
  44. Cadelano E., Palla P.L., Giordano S. et al. // Phys. Rev. B. 2010. V. 82. № 23. P. 235414. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.82.235414
  45. Klintenberg M., Lebègue S., Ortiz C. et al. // J. Phys.: Condens. Matter. 2009. V. 21. № 33. P. 335502. https://doi.org/10.1088/0953-8984/21/33/335502
  46. Lee C., Wei X., Kysar J.W. et al. // Science. 2008. V. 321. № 5887. P. 385. https://doi.org/10.1126/science.1157996
  47. Kudin K.N., Scuseria G.E., Yakobson B.I. // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. № 23. P. 235406. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.64.235406
  48. Peng Q., Ji W., De S. // Comput. Mater. Sci. 2012. V. 56. P. 11. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2011.12.029
  49. Falin A., Cai Q., Santos E.J.G. et al. // Nat. Commun. 2017. V. 8. № 1. P. 15815. https://doi.org/10.1038/ncomms15815
  50. Cooper R.C., Lee C., Marianetti C.A. et al. // Phys. Rev. B. 2013. V. 87. № 3. P. 035423. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.87.035423
  51. Bertolazz S., Brivio J., Kis A. // ACS Nano. 2011. V. 5. № 12. P. 9703. https://doi.org/10.1021/nn203879f
  52. Steglenko D.V., Tkachenko N.V., Boldyrev A.I. et al. // J. Comput. Chem. 2020. V. 41. № 15. P. 1456. https://doi.org/10.1002/jcc.26189
  53. Fedik N., Steglenko D.V., Muñoz-Castro A. et al. // J. Phys. Chem. C. 2021. V. 125. № 31. P. 17280. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.1c02939
  54. Peng Q., Wen X., De S. // RSC Adv. 2013. V. 3. № 33. P. 13772. https://doi.org/10.1039/c3ra41347k
  55. Şahin H., Cahangirov S., Topsakal M. et al. // Phys. Rev. B. 2009. V. 80. № 15. P. 155453. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.155453
  56. Ding J., Xu M., Guan P.F. et al. // J. Chem. Phys. 2014. V. 140. № 6. P. 064501. https://doi.org/10.1063/1.4864106
  57. Sun J., Liu P., Wang M. et al. // Sci. Rep. 2020. V. 10. № 1. P. 3408. https://doi.org/10.1038/s41598-020-60416-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The structure of the two-dimensional system B6Ga2Mg4. Boron atoms forming the honeycomb structure are shown in green, magnesium and gallium atoms located in the apical position are shown in orange and light green, respectively: a - top view, b - side view.

Download (150KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Top view and structure of the unit cell of the two-dimensional system B6Ga2Mg4 (a), side view of a surface fragment (b).

Download (203KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Calculated dispersion curves of the phonon spectrum along the path G–M–K–G (a) and the density of phonon states (b) for B6Ga2Mg4.

Download (101KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Electronic band structure of B6Ga2Mg4 along the path G–M–K–G (a) and the density of electron states (b).

Download (151KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Partial density of electron states formed by boron atoms. The Fermi level is marked by the vertical dashed line.

Download (79KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Partial density of electron states formed by gallium atoms. The Fermi level is marked with a vertical dotted line.

Download (89KB)
Indexing metadata
8. Fig. 8. Pair correlation function (PCF) calculated for two-dimensional B6Ga2Mg4 at different temperatures (a); a 4 × 4 × 1 surface fragment at 1000 (b), 1200 (c), and 1300 K (d).

Download (491KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

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».