Influência da dopagem de alumínio nas propriedades mecânicas do siliceno bicamada
DOI:
https://doi.org/10.5902/2179460X87036Palavras-chave:
Siliceno bicamada, Dopagem, Alumínio, Dinâmica molecular, Propriedades mecânicasResumo
O siliceno, um material bidimensional com aplicações potenciais em futuras tecnologias, tem despertado grande interesse na última década. Recentemente, bastante atenção vem sendo dada a modificação das propriedades eletrônicas e magnéticas do siliceno por meio da adsorção de adátomos ou da dopagem substitucional. Enquanto as propriedades magnéticas, eletrônicas e óticas do siliceno dopado foram extensivamente estudadas, existe uma lacuna na literatura em relação às suas propriedades mecânicas. Neste contexto, este estudo aborda essa lacuna explorando as características mecânicas do silicene bilayer dopado com alumínio por meio de simulações de dinâmica molecular. A influência da concentração de Al na resposta mecânica do material é avaliada por testes de tração realizados a uma taxa de deformação de 1010 s-1. Os resultados revelam uma diminuição monotônica da resistência mecânica com a concentração de Al em ambas as direções de carregamento, zigzag e armchair. A deformação se inicia com a ruptura das ligações Si-Al, levando eventualmente a uma fratura frágil.
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Referências
Andrade, J. S., Bastos, I. N., Aliaga, L. C. R. (2021). Determinação das características estruturais e mecânicas da liga de alta entropia Hf-Nb-Ta-Zr. VETOR - Revista De Ciências Exatas E Engenharias, 30(2), 22–32. https://doi.org/10.14295/vetor.v30i2.13090. DOI: https://doi.org/10.14295/vetor.v30i2.13090
Barboza, A. M., Aliaga, L. C. R., Faria, D., Bastos, I. N. (2022). Bilayer graphene kirigami, Carbon Trends, 9, 100227. https://doi.org/10.1016/j.cartre.2022.100227. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cartre.2022.100227
Barboza, A. M., Silva-Santos, J. A., Aliaga, L. C. R., Bastos, I. N., Faria, D. (2024). Silicene growth mechanisms on Au(111) and Au(110) substrates, Nanotechnology, 35, 165602. https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad1aff. DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ad1aff
Castillo, M. R. C., Meza, M. A. R., Montes, L. M. (2018). Mechanical response of bilayer silicene nanoribbons under uniaxial tension. RSC Advances, 8, 10785–10793. https://doi.org/10.1039/C7RA12482A. DOI: https://doi.org/10.1039/C7RA12482A
Chen, C.-H., Li, W.-W., Chang, Y.-M., Lin, C.Y. et al. (2018). Negative-Differential-Resistance Devices Achieved by Band-Structure Engineering in Silicene under Periodic Potentials. Physical Review Applied, 10, 044047. https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.044047. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.10.044047
Chiappe, D., Scalise, E., Cinquanta, E., Grazianetti, C. et al. (2014). Two-Dimensional Si Nanosheets with Local Hexagonal Structure on a MoS2 Surface. Advanced Materials, 26, 2096–2101. https://doi.org/10.1002/adma.201304783. DOI: https://doi.org/10.1002/adma.201304783
Chowdhury, S., Jana, D. (2016). A theoretical review on electronic, magnetic and optical properties of silicene. Reports on Progress in Physics, 79, 126501. https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/12/126501. DOI: https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/12/126501
Dávila, M. E., Lay, G. L. (2022). Silicene: Genesis, remarkable discoveries, and legacy. Materials today advances, 16, 100312. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2022.100312. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2022.100312
Das, R., Chowdhury, S., Majumdar, A., Jana, D. (2015). Optical properties of P and Al doped silicene: a first principles study. RSC Advances, 5, 41–50. https://doi.org/10.1039/C4RA07976K. DOI: https://doi.org/10.1039/C4RA07976K
De Crescenzi, M., Berbezier, I., Scarselli, M., Castrucci, P. et al. (2016). Formation of Silicene Nanosheets on Graphite. ACS Nano, 10, 11163–11171. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b06198. DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.6b06198
Dean, J.A. (1999). Lange’s Handbook of Chemistry. 15th Edition, McGraw-Hill, Inc., New York, St. Louis, San Francisco.
Ezawa, M. (2015). Monolayer Topological Insulators: Silicene, Germanene, and Stanene. Journal of the Physical Society of Japan, 84, 121003. https://doi.org/10.7566/JPSJ.84.121003. DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.84.121003
Fleurence, A., Friedlein, R., Ozaki, T., Kawai, H. et al. (2012). Experimental Evidence for Epitaxial Silicene on Diboride Thin Films. Physical Review Letters, 108, 245501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.245501. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.245501
Fu, H., Zhang, J., Ding, Z., Li, H. et al. (2014). Stacking-dependent electronic structure of bilayer silicene. Applied Physics Letters, 104 (13), 131904. https://doi.org/10.1063/1.4870534. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4870534
Gablech, I., Pekárek, J., Klempa, J., Svatoš, V. et al. (2018). Monoelemental 2D materials-based field effect transistors for sensing and biosensing: Phosphorene, antimonene, arsenene, silicene, and germanene go beyond graphene. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 105, 251–262. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.008. DOI: https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.05.008
Galashev, A. Y., Suzdaltsev, A. V., Ivanichkina, K. A. (2020). Design of the high performance microbattery with silicene anode. Materials Science and Engineering B, 261, 114718. https://doi.org/10.1016/j.mseb.2020.114718. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mseb.2020.114718
Gu X., Yang, R. (2015). First-principles prediction of phononic thermal conductivity of silicene: a comparison with graphene. Journal of Applied Physics, 117, 025102(1). https://doi.org/10.1063/1.4905540. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4905540
Hirel, P. (2015). Atomsk: A tool for manipulating and converting atomic data files, Computer Physics Communications, 197, 212–219. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2015.07.012. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2015.07.012
Huang, S., Kang, W., Yang, L. (2013). Electronic structure and quasiparticle bandgap of silicene structures. Applied Physics Letters, 102, 133106(1). https://doi.org/10.1063/1.4801309. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4801309
Ipaves, B., Justo, J. F., Assali, L. V. C. (2022). Functionalized few-layer silicene nanosheets: stability, elastic, structural, and electronic properties. Physical Chemistry Chemical Physics, 24, 8705–8715. https://doi.org/10.1039/D1CP05867C. DOI: https://doi.org/10.1039/D1CP05867C
Jouhari, C., Liu, Y., Dickel, D. (2023). Phase-Field Modeling of Aluminum Foam Based on Molecular Dynamics Simulations. In: TMS 2023 152nd Annual Meeting & Exhibition Supplemental Proceedings, 632–641. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-031-22524-6_56
Kharadi, M. A., Mittal, S., Saha, J. (2023). Structural, electronic and optical properties of fluorinated bilayer silicene. Optical Materials, 136, 113418. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.113418. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optmat.2022.113418
Lee, K. W., Lee, C. E. (2020). Strain and doping effects on the antiferromagnetism of AB-stacked bilayer silicene. Physica B: Condensed Matter, 577, 411816. https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411816. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physb.2019.411816
Li, W. Z., He, Y., Mao, Y., Xiong, K. (2023). Tuning of magnetic, electronic and electrolytic water properties of silicene supported precious-metal by non-metal doping and vacancy defect, FlatChem, 38, 100486. https://doi.org/10.1021/acsomega.2c03388. DOI: https://doi.org/10.1016/j.flatc.2023.100486
Liu, B., Reddy, C. D., Jiang, J., Zhu, H. et al. (2014). Thermal conductivity of silicene nanosheets and the effect of isotopic doping. Applied Physics Letters, 47, 165301(1). https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/16/165301. DOI: https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/16/165301
Masson, L., Prévot, G. (2023). Epitaxial growth and structural properties of silicene and other 2D allotropes of Si. Nanoscale Advances, 5, 1574. DOI https://doi.org/10.1039/D2NA00808D. DOI: https://doi.org/10.1039/D2NA00808D
Maździarz, M. (2023). Transferability of interatomic potentials for silicene. Beilstein Journal of Nanotechnology, 14, 574–585. https://doi.org/10.3762/bjnano.14.48. DOI: https://doi.org/10.3762/bjnano.14.48
Meng, L., Wang, Y., Zhang, L., Du, S. et al. (2013). Buckled Silicene Formation on Ir(111). Nano Letters, 13, 685–690. https://doi.org/10.1021/nl304347w. DOI: https://doi.org/10.1021/nl304347w
Mortazavi, B., Ahzi, S. (2012). Molecular dynamics study on the thermal conductivity and mechanical properties of boron doped graphene. Solid State Communications, 152, 15, 1503–1507. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2012.04.048. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ssc.2012.04.048
Mortazavi, B., Ahzi, S., Toniazzo, V., Rémond, Y. (2012). Nitrogen doping and vacancy effects on the mechanical properties of graphene: A molecular dynamics study. Physics Letters A, 376, Issues 12–13, 1146–1153. https://doi.org/10.1016/j.physleta.2011.11.034. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physleta.2011.11.034
Nahid, S. M., Nahian, S., Motalab, M., Rakib, T. et al. (2018). Tuning the mechanical properties of silicene nanosheet by auxiliary cracks: a molecular dynamics study. RSC Advances, 8, 30354–30365. https://doi.org/10.1039/C8RA04728F. DOI: https://doi.org/10.1039/C8RA04728F
Oughaddou, H., Enriquez, H., Tchalala, M. R., Bendounan, A. et al. (2016). Silicene: Structure, Properties and Applications; Spencer, M. J., Morishita, T., Eds., Springer International Publishing: Cham, 167–181. https://doi.org/10.1007/978-3-319-28344-9_8. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-28344-9_8
Padilha, J. E., Pontes, R. B. (2015). Free-Standing Bilayer Silicene: The Effect of Stacking Order on the Structural, Electronic, and Transport Properties. Journal of Physical Chemistry C, 119 (7), 3818–3825. https://doi.org/10.1021/jp512489m. DOI: https://doi.org/10.1021/jp512489m
Peng, W., Xu, T., Diener, P., Biadala, L. et al. (2018). Resolving the Controversial Existence of Silicene and Germanene Nanosheets Grown on Graphite. ACS Nano, 12, 4754–4760. https://doi.org/10.1021/acsnano.8b01467. DOI: https://doi.org/10.1021/acsnano.8b01467
Qian, C., Li, Z. (2020). Multilayer silicene: Structure, electronics, and mechanical property, Computational Materials Science, 172, 109354. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109354. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2019.109354
Rahman, Md. H., Mitra, S., Motalaba, M., Bose, P. (2020). Investigation on the mechanical properties and fracture phenomenon of silicon doped graphene by molecular dynamics simulation. RSC Advances, 10, 31318–31332. https://doi.org/10.1039/D0RA06085B. DOI: https://doi.org/10.1039/D0RA06085B
Rojas-Cuervo, A. M., Fonseca-Romero K. M., Rey-González, R. R. (2014). Anisotropic Dirac cones in monoatomic hexagonal lattices a DFT study. The European Physical Journal B, 87, 67. https://doi.org/10.1140/epjb/e2014-40894-9. DOI: https://doi.org/10.1140/epjb/e2014-40894-9
Roman, R. E., Cranford, S. W. (2014). Mechanical properties of silicene. Computational Materials Science, 82, 50–55. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.09.030. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2013.09.030
Rouhi, S. (2017). Fracture behavior of hydrogen-functionalized silicene nanosheets by molecular dynamics simulations. Computational Materials Science, 131, 275–285. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.02.007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2017.02.007
Rouhi, S., Pourmirzaagha, H., Farzin, A. et al. (2019). Predicting the mechanical properties of multi-layered silicene by molecular dynamics simulations. Materials Research Express, 6, 085004. https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab1b81. DOI: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ab1b81
Satta, M., Lacovig, P., Apostol, N., Dalmiglio, M. et al. (2018). The adsorption of silicon on an iridium surface ruling out silicene growth. Nanoscale, 10, 7085–7094. https://doi.org/10.1039/C8NR00648B. DOI: https://doi.org/10.1039/C8NR00648B
Starikov, S., Gordeev, I., Lysogorskiy, Y., Kolotova, L. et al. (2020). Optimized interatomic potential for study of structure and phase transitions in Si-Au and Si-Al systems. Computational Materials Science, 184, 109891. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109891. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2020.109891
Stepniak-Dybala, A., Krawiec, M. (2019). Formation of Silicene on Ultrathin Pb(111) Films. Journal of Physical Chemistry C, 123, 17019–17025. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b04343. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b04343
Stepniak-Dybala, A., Dyniec, P., Kopciuszyski, M., Zdyb, R. et al. (2019). Planar Silicene: A New Silicon Allotrope Epitaxially Grown by Segregation. Advanced Functional Materials, 29, 1906053. https://doi.org/10.1002/adfm.201906053. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201906053
Stukowski, A. Visualization and analysis of atomistic simulation data with OVITO–the Open Visualization Tool. (2009). Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering, 18, 015012. https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012. DOI: https://doi.org/10.1088/0965-0393/18/1/015012
Subramaniyan, A. K., Sun, C. T. (2008). Continuum interpretation of virial stress in molecular simulations. International Journal of Solids and Structures, 45, 4340–4346. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2008.03.016. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2008.03.016
Takeda, K., Shiraishi, K. (1994). Theoretical possibility of stage corrugation in Si and Ge analogs of graphite. Physical Review B, 50, 14916–14922. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.14916. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.14916
Tao, L., Cinquanta, E., Chiappe, D., Grazianetti, C., Fanciulli, M. et al. (2015). Silicene field-effect transistors operating at room temperature. Nature Nanotech, 10, 227–231. https://doi.org/10.1038/nnano.2014.325. DOI: https://doi.org/10.1038/nnano.2014.325
Tao, W., Kong, N., Ji, X., Zhang, Y. et al. (2019). Emerging two-dimensional monoelemental materials (Xenes) for biomedical applications. Chemical Society Reviews, 48, 2891–2912. https://doi.org/10.1039/C8CS00823J. DOI: https://doi.org/10.1039/C8CS00823J
Thompson, A. P., Aktulga, H. M., Berger, R., Bolintineanu, D. S. et al. (2022). LAMMPS - a flexible simulation tool for particle-based materials modeling at the atomic, meso, and continuum scales. Computer Physics Communications, 271, 108171. https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.cpc.2021.108171
Van Bremen, R.; Yao, Q., Banerjee, S., Cakir, D., Oncel, N. et al. (2017). Intercalation of Si between MoS(2) layers. Beilstein Journal of Nanotechnology, 8, 1952–1960. https://doi.org/10.3762/bjnano.8.196. DOI: https://doi.org/10.3762/bjnano.8.196
Vogt, P., De Padova, P., Quaresima, C., Avila, J. et al. (2012). Silicene: Compelling Experimental Evidence for Graphene like Two-Dimensional Silicon. Physical Review Letters, 108, 155501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.155501. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.108.155501
Xu, P., Yu, Z., Yang, C., Lu, P. et al (2014). Comparative study on the nonlinear properties of bilayer graphene and silicene under tension. Super Lattices and Microstructures, 75, 647–656. https://doi.org/10.1016/j.spmi.2014.08.022. DOI: https://doi.org/10.1016/j.spmi.2014.08.022
Wang, T., Li, C., Xia, C., Yin, L. et al. (2020). Silicene/BN vdW heterostructure as an ultrafast ion diffusion anode material for Na-ion battery. Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, 122, 114146. https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114146. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physe.2020.114146
Yang, C., Yu, Z., Lu, P., Liu, Y. et al. (2014). Phonon instability and ideal strength of silicene under tension. Computational Materials Science, 95, 420–428. https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.07.046. DOI: https://doi.org/10.1016/j.commatsci.2014.07.046
Ye X. S., Shao Z. G., Zhao H., Yang L. et al. (2014). Electronic and optical properties of silicene nanomeshes. RSC Advances, 4, 37998. https://doi.org/10.1039/C4RA03942D. DOI: https://doi.org/10.1039/C4RA03942D
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