Электронная структура мультислойных аллотропов 2D-карбида кремния

Переход от объемного материала к структурам пониженной размерности (2D, 1D) сопровождается не только появлением новых электрофизических свойств, но и изменением симметрии элементарной решётки, вызванным нарушением дальнего порядка в одном или нескольких кристаллографических направлениях. Поэтому особый интерес представляет исследование явления политипизма в 2D и квази-2D кристаллах. В настоящей работе на основе квантово-химических расчетов из первых принципов проведено исследование размерного политипизма и структуро-зависимых свойств низкоразмерного карбида кремния (SiC), полученного на основе монослоев SiC со стехиометрическим составом 1:1. Установлено, что 2D-аллотропы SiC образуют семейство полупроводниковых структур с различной зонной структурой (как прямозонные, так и не прямозонные полупроводники) и зарядовыми свойствами. Более глубокий анализ геометрических и энергетических параметров позволил установить возможность устойчивого существования 4 топологических типов 2D SiC, отличающихся способом укладки и порядком чередования слоёв, а полученные аллотропные модификации не характерны для объемного материала. Учёт пространственного разделения заряда в результате формирования ковалентной полярной связи между атомами углерода и кремния, составляющими структуру, позволил обнаружить формирование эффективного заряда в пределах монослоя. В результате анализа величины и знака удельного поверхностного заряда была установлена корреляция данного параметра и геометрии оптимизированной структуры. Таким образом, учет зарядовых свойств 2D SiC позволяет проследить структурные изменения в системе, идентифицировать конкретный аллотроп и установить порядок укладки монослоев. Характерные закономерности в распределении заряда являются предпосылкой для получения композитных материалов на основе 2D аллотропов SiC.

1. Российский фонд фундаментальных исследований - проект № 16‑43‑360281 р_а