Band Structure of Bilayer Graphene Intercalated by Potassium Atoms. Ab Initio Calculations

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Using the electron density functional theory, the electronic band structure of pure and potassium-intercalated bilayer graphene has been studied. It is shown that after the intercalation process, a band gap appears in the band structure of bilayer graphene. In addition, the energy gap changes nonlinearly depending on the intercalate concentration in the interlayer space of bilayer graphene. We also calculated the energy spectra of bilayer graphene containing vacancy defects, the presence of which leads to the appearance of mid-gap states.

About the authors

Zeytun A. Akhmatov

Kabardino-Balkarian State University

Email: ahmatov.z@bk.ru
360004, Nalchik, Russia

Zarif A. Akhmatov

Kabardino-Balkarian State University; Southern Mathematical Institute, Vladikavkaz Scientific Center, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: ahmatov.z@bk.ru
360004, Nalchik, Russia; 362027, Vladikavkaz, Russia

References

  1. K. S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, and A.A. Firsov, Science 306, 666 (2004).
  2. K. S. Novoselov, D.V. Andreeva, W. Ren, and G. Shan, Front. Phys. 14, 13301 (2019).
  3. M. Hu, N. Zhang, G. Shan, J. Gao, J. Liu, and R.K.Y. Li, Front. Phys. 13, 138113 (2018).
  4. R. Wang, X. Ren, Z. Yan, L. J. Jiang, W.E. I. Sha, and G.C. Shan, Front. Phys. 14, 13603 (2019).
  5. X. Gan, D. Englund, D.V. Thourhout, and J. Zhao, Appl. Phys. Rev. 9, 021302 (2022).
  6. A.Kh. Khokonov and Z.A. Akhmatov, J. Phys.: Conf. Ser. 1556, 012053 (2020).
  7. A.K. Geim and K. S. Novoselov, Nat. Mater. 6, 183 (2007).
  8. A.K. Geim, Science 324, 1530 (2009).
  9. A.H. Castro Neto, F. Guinea, N.M.R. Peres, K. S. Novoselov, and A.K. Geim, Rev. Mod. Phys. 81, 109 (2009).
  10. Q. Yan, B. Huang, J. Yu, F. Zheng, J. Zang, J. Wu, B.- L. Gu, F. Liu, and W. Duan, Nano Lett. 7, 1469 (2007).
  11. M.Y. Han, B. Ozyilmaz, Y. Zhang, and P. Kim, Phys. Rev. Lett. 98, 206805 (2007).
  12. X. Li, X. Wang, L. Zhang, S. Lee, and H. Dai, Science 319, 1229 (2008).
  13. X. Wang, Y. Ouyang, X. Li, H. Wang, J. Guo, and H. Dai, Phys. Rev. Lett. 100, 206803 (2008).
  14. A. Betti, G. Fiori, and G. Iannaccone, Appl. Phys. Lett. 98, 212111 (2011).
  15. B. Huang, Q. Xu, and S. Wei, Phys. Rev. B 84, 155406 (2011).
  16. D. L. Tiwari and K. Sivasankaran, Superlattices and Microstructures 113, 244 (2018).
  17. G. Giovannetti, P.A. Khomyakov, G. Brocks, P. J. Kelly, and J. Brink, Phys. Rev. B 76, 073103 (2007).
  18. B. Uchoa and A.H. Castro Neto, Phys. Rev. Lett. 98, 146801 (2007).
  19. B. Uchoa, C.-Y. Lin, and A.H. Castro Neto, Phys. Rev. B 77, 035420 (2008).
  20. M. Wu, C. Cao, and J. Z. Jiang, Nanotechnology 21, 505202 (2010).
  21. P. Rani and V.K. Jindal, RSC Adv. 3, 802 (2013).
  22. Z.A. Akhmatov and Z.A. Akhmatov, Physical and chemical aspects of the study of clusters, nanostructures and nanomaterials 14, 277 (2022).
  23. L. Britnell, R.V. Gorbachev, R. Jalil, B.D. Belle, F. Schedin, M. I. Katsnelson, L. Eaves, S.V. Morozov, A. S. Mayorov, N.M.R. Peres, A.H. Castro Neto, J. Leist, A.K. Geim, L.A. Ponomarenko, and K. S. Novoselov, Nano Lett. 12, 1707 (2012).
  24. L. Britnell, R.V. Gorbachev, R. Jalil, B.D. Belle, F. Schedin, A. Mishchenko, T. Georgiou, M. I. Katsnelson, L. Eaves, S.V. Morozov, N.M.R. Peres, J. Leist, A.K. Geim, K. S. Novoselov, and L.A. Ponomarenko, Science 335, 947 (2012).
  25. E.E. Vdovin, A. Mishchenko, M.T. Greenaway et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 116, 186603 (2016).
  26. K. S. Kim, A.L. Walter, L. Moreschini et al. (Collaboration), Nat. Mater. 12, 887 (2013).
  27. F. J. Culchac, R.R. Del Grande, R.B. Capaz, L. Chio, and E. S. Morell, Nanoscale 12, 5014 (2020).
  28. N.R. Chebrolu, B. L. Chittari, and J. Jung, Phys. Rev. B 99, 235417 (2019).
  29. P. Giannozzi, S. Baroni, N. Bonini et al. (Collaboration), J. Phys.: Condens. Matter 21, 395502 (2009).
  30. P.E. Blochl, Phys. Rev. B 50, 17953 (1994).
  31. J. P. Perdew, K. Burke, and M. Ernzerhof, Phys. Rev. Lett. 77, 3865 (1996).
  32. H. J. Monkhorst and J.D. Park, Phys. Rev. B 13, 5188 (1976).
  33. A.V. Rozhkov, A.O. Sboychakov, A.L. Rakhmanov, and F. Nori, Phys. Rep. 648, 1 (2016).
  34. T. Vu, T.K.Q. Nguyen, A. Huynh, T. Phan, and V. Tran, Superlattices and Microstructures 102, 451 (2017).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

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».