تأثير ميدان الكتريكي بر خواص الكتروني و اپتيكي گرافن‌دولايه، بورون‌نيتريد دولايه و دولايۀ گرافن/بورون‌نيتريد

Effect of the Electric Field on the Electronic and Optical Properties of the Bilayer Graphene, Bilayer Boron Nitride and Graphene/Boron Nitride

در اين مقاله با استفاده از نظريۀ تابعي چگالي، تأثير ميدان الكتريكي خارجي را در خواص الكتروني و اپتيكي گرافين دولايه و بورون‌نيتريد دولايه و دولايۀ گرافين/بورون­نيتريد با چينش AB بررسي كرده‌ايم. بررسي ما نشان مي­ دهد كه ساختار الكتروني تمام اين ساختارها در حضور ميدان الكتريكي تغيير كرده، گاف انرژي آنان از اين طريق كنترل‌پذير مي‌شود. با اِعمال ميدان الكتريكي بر ساختار گرافين­دولايه، رابطۀ پاشندگي انرژي آن تغيير نموده و شكل سهموي نوارها در نقطۀ K به شكل جديدي موسوم به «كلاه مكزيكي» تغيير مي­ يابد. حضور ميدان الكتريكي Ang/V1 موجب افزايش گاف انرژي اين ساختار و نهايتاً رسيدن آن به مقدار eV 0/28 مي‌شود. با اين حال، اِعمال ميدان و افزايش شدت آن باعث كاهش گاف انرژي بورون­نيتريد دولايه شده، به نحوي كه در حضور ميداني با شدت V/Ang3.5 دچار كاهش 88 درصدي شده و به حدوداً eV 0/53 مي­رسد. نهايتاً گذار نيم­ رساناـ‌فلز را براي اين ساختار در حضور ميدان­هاي قوي­تر شاهد هستيم. گاف انرژي دولايۀ گرافين/بورون­نيتريد نسبت به گرافين­دولايه بر اثر اِعمال ميدان با شدت كمتري افزايش يافته، همچنين نوارها شكل سهموي خود را در نقطۀ K حفظ مي ­كنند. در نهايت تأثير ميدان الكتريكي در نمودارهاي اپتيكي اين ساختارها بررسي شده است. اِعمال ميدان الكتريكي خارجي بر اين سه ساختار موجب تغيير در شدت و محل قله‌هاي نمودارهاي اپتيكي مي‌شود. در بررسي اين موضوع، صرفاً تابشي با قطبش متعامد را به­ كار گرفته ­ايم. به­ عنوان پيامد حضور ميدان الكتريكي خارجي، افزايش تابع دي‌الكتريك استاتيك براي هر سه ساختار مشاهده مي‌شود. همچنين مشاهده مي‌شود كه اِعمال ميدان الكتريكي بر رفتار پلاسموني سيستم­ها نيز اثر گذار است.

In this study, we have investigated the effect of the external electric field on the electronic and optical properties of the AB stacked bilayer graphene, bilayer boron nitride and bilayer graphene/boron nitride utilizing the DFT. The results have shown that in the presence of the external electric field, the electronic properties of all structures have been changed and their energy gaps are tunable in this way. Exerting the electric field on the bilayer graphene structure, its energy dispersion relation is changed and the parabolic shape of the bands at the K-point is changed to a new form called the "Mexican Hat". The presence of an electric field of magnitude 1 V/Ang increases the energy band gap of this structure and ultimately reaches 0.28 eV. However, exerting field and increasing its intensity reduced the energy band gap of the boron nitride bilayer, such that in the presence of a field of intensity 3.5 V/Ang, the energy band gap decreases by 88% and reaching about 0.53 eV. Also, we see the semiconductor-metal transition for this structure in the presence of stronger fields. Due to exerting the field, the band gap of the graphene/boron nitride bilayer increased with less intensity and the bands maintains their parabolic shape in the K point. Finally, the effect of electric field on the optical diagrams of these structures is investigated. Applying the external electric field on these structures changes the magnitude and location of the optical diagram peaks. To investigate this, we have applied only the perpendicular polarization. As a consequence of the presence of an external electric field, an increase in the static dielectric function is visible for all three structures. It is also observed that the application of the electric field also affects the plasmonic behavior of the systems.