グラフェン - 硝化ボロンの超格子：BN層での点欠陥の役割

最初の原理の計算により、HBNの上のグラフェンで構成されるヘテロ構造のエネルギー的安定性と電子構造におけるHBN点欠陥の役割は、13.17°、9.43°、7.34°の角度で回転しました。可能性のある点欠陥、ホウ素と窒素の空孔とアンチサイト、窒素部位の置換酸素、置換炭素二量体、および窒素間質性を考慮します。すべての欠陥の電子的および構造的特性を分析しました。これらの中で、最も安定しているのはオンであり、いくつかの可能な回転角と化学環境で負の形成エネルギーがあります。このような条件下では、ドーピングでは、グラフェンのディラックポイントと比較して中性系のフェルミレベルを最大1 eVだけ上げることができ、ヘテロ構造ブリルアインゾーンのm点で隣接するディラックコーンの間を横断するバンドに到達します。これは、静電ドーピングを必要とせずに興味深い電子輸送特性につながる可能性があります。

We investigate, by means of first-principles calculations, the role of hBN point defects on the energetical stability and electronic structure of heterostructures composed of graphene atop hBN, rotated at angles of 13.17°, 9.43° and 7.34°. We consider, as possible point defects, boron and nitrogen vacancies and antisites, substitutional oxygen at the nitrogen site ON, substitutional carbon dimers, and nitrogen interstitials. The electronic and structural properties of all defects were analyzed. Among these, the most stable is ON, with negative formation energies at several possible rotation angles and chemical environments. Under such conditions, ON doping can raise the Fermi level of the neutral system by as much as 1 eV relative to graphene's Dirac point, reaching the band crossing between adjacent Dirac cones at the M point of the heterostructure Brillouin zone. This could lead to interesting electronic transport properties without the need for electrostatic doping.