Alignement de bande de type II de sonde dans les hétérostructures unidimensionnelles de Van Der Waals utilisant des calculs de premiers principes

Summary

Les calculs effectués par le paquet de simulation de l'initio de Vienne Ab peuvent être utilisés pour identifier les propriétés électroniques intrinsèques des matériaux à l'échelle nanométrique et prédire les photocatalyseurs potentiels de division de l'eau.

Abstract

Les outils informatiques basés sur la théorie de la densité-fonctionnelle (DFT) permettent l'exploration des composés nanométriques qualitativement nouveaux et expérimentalement réalisables pour une application ciblée. Les simulations théoriques permettent de bien comprendre les propriétés électroniques intrinsèques des matériaux fonctionnels. Le but de ce protocole est de rechercher des candidats photocatalyseurs par dissection computationnelle. Les applications photocatalytiques nécessitent des lacunes de bande appropriées, des positions appropriées de bord de bande par rapport aux potentiels redox. Les fonctions hybrides peuvent fournir des valeurs précises de ces propriétés, mais elles sont coûteuses sur le plan du calcul, alors que les résultats au niveau fonctionnel de Perdew-Burke-Ernzerhof (PBE) pourraient être efficaces pour suggérer des stratégies d'ingénierie de la structure de la bande par l'intermédiaire le champ électrique et la contrainte tendue visant à augmenter la performance photocatalytique. Pour illustrer cela, dans le présent manuscrit, l'outil de simulation basé sur le DFT VASP est utilisé pour étudier l'alignement des bandes de nanocomposites dans des combinaisons de nanotubes et de nanoribbons dans l'état du sol. Pour répondre à la durée de vie des trous photogénérés et des électrons dans l'état excité, des calculs de dynamique nonadiabatic sont nécessaires.

Introduction

La demande mondiale d'énergie propre et durable a stimulé la recherche de matériaux prometteurs afin de réduire la dépendance à l'égard des ressources pétrolières limitées. Les simulations sont plus efficaces et plus économiques que les expériences visant à accélérer la recherche de nouveaux matériaux fonctionnels¹. La conception des matériaux d'un point de vue théorique^2,3^,4est maintenant de plus en plus populaire en raison des progrès rapides dans les ressources de calcul et les développements théoriques, ce qui rend les simulations de calcul plus fiables^<....

Protocol

1. Optimiser la structure atomique.

1. Préparer quatre fichiers d'entrée pour le calcul de la relaxation de la structure par VASP: INCAR, POSCAR, POTCAR et KPOINTS.
   REMARQUE : Il y a des paramètres spécifiés dans le fichier INCAR qui définissent le calcul. La ligne "EDIFFG - 0.02" dans le fichier INCAR indique que tous les atomes sont détendus jusqu'à ce que la force sur chaque atome soit 'lt;0.02 eV/' . Le fichier POSCAR contient les informations de géométrie atomique. Les paramètres de treillis initiaux dans le fichier POSCAR peuvent être choisis à partir de références^{théoriques 3} ou expérimentales^12,

Results

Zigzag BN-NRs encapsulé à l'intérieur du fauteuil BN-NTs (11,11) ont été choisis comme exemples représentatifs d'une hétérostructure 1D vdW. Les paramètres de treillis ont été pris de Sahin et al.²⁰. Pour plus de commodité, les NR en zigzag sont abrégés Z_n, où n représente les dimers III-V le long de la largeur¹⁴. L'énergie d'encapsulation E_L de l'étape 2.3 a été utilisée comme estimation approximative de la stabilité énergétique du nanocomposite. Les .......

Discussion

Les calculs des propriétés électroniques dans les sections 2, 3 et 4 seraient similaires parmi divers matériaux à l'échelle nanométrique. Le modèle atomique initial à l'étape 1 doit être soigneusement conçu pour extraire des informations significatives. Par exemple, le facteur de sélection du modèle pourrait être la taille ou la chiralité des matériaux. En outre, le modèle atomique initial à l'étape 1.1 devrait être raisonnablement préparé pour la relaxation de la structure à faible coût. Prenant le nanocomposite dans le.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Nanotube Modeler	Développé par Dr. Steffen Weber	NanotubeModeler1.8	http://www.jcrystal.com/products/wincnt/NanotubeModeler.exe
P4VASP	Orest Dubay	p4vasp 0.3.30	Open source, disponible à l’www.p4vasp.at
v2xsf Développé	par Dr. Jens Kunstmann	v2xsf	http://theory.chm.tu-dresden.de/~jk/software.html
logiciel	VASPPhysique computationnelle des matériaux, Département de physique, Université de Vienne	vasp.5.4.1	https://www.vasp.at
Logiciel VMD	Groupe de biophysique théorique et computationnelle, Université de l’Illinois à Urbana-Champaign	vmd1.9.3	https://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd
xcrysden	Département de chimie physique et organique, Institut Jozef Stefan	XCrySDen1.5.60	http://www.xcrysden.org/
Xmakemol	Développé par M. P. Hodges	xmakemol5.16	https://www.nongnu.org/xmakemol/XmakemolDownloads.html
Logiciel Xmgrace	Équipe de développement de Grace sous la coordination d’Evgeny Stambulchik	xmgrace5.1.25	http://plasma-gate.weizmann.ac.il/Grace/