بررسی خواص الکترونی و مکانیکی تک لایه aln تحت جذب هیدروژن با استفاده از اصول اولیه

در این مطالعه، خواص الکترونی و مکانیکی تک لایه aln خالص و کاملاً هیدروژن‌دار شده، با استفاده از محاسبات اصول اولیه، مورد مطالعه قرار گرفته است. دو حالت مختلف برای جذب هیدروژن در نظر گرفته شده است: (الف) جذب اتم‌های هیدروژن روی اتم‌های آلومنیوم و نیتروژن در یک سمت مشابه صفحه aln (aln2h) و (ب) جذب اتم‌های هیدروژن روی اتم‌های آلومنیوم و نیتروژن در دو سمت مخالف صفحه aln (halnh). نانو صفحه aln هیدروژن‌دار شده نیم‌رسانا است و گاف نواری انرژی آن نسبت به صفحه aln خالص، تغییر پیدا می‌کند، به‌طوری‌که، مقدار گاف نواری برای halnh و aln2h به‌ترتیب 3 و 4.3 الکترون ولت به‌دست آمدند. با استفاده از خواص الکترونی محاسبه شده، محاسبات dft در محدوده تغییر شکل الاستیک هارمونیک برای به‌دست آوردن ثابت‌های الاستیک مکانیکی تک لایه aln خالص و کاملاً هیدروژن‌دار شده، انجام شده است. از لحاظ انرژی، ساختار aln هیدروژن‌دار شده در مقایسه با ساختار aln خالص، پایدارتر است. همچنین، با محاسبه انرژی تشکیل ساختارهای aln2h و halnh، ساختار halnh نسبت به ساختار aln2h پایدارتر است. به‌طور خاص، مشخص شده است که سختی در صفحه aln هیدروژن‌دار شده به‌طور قابل توجهی کوچک‌تر از aln خالص است، به‌طوری‌که سختی در صفحه برای halnh، n/m 82 است.

First-principles investigation of electronic and mechanical properties of AlN monolayer under hydrogen adsorption

We investigate the electronic and mechanical properties of pristine and fully hydrogenated AlN monolayer by first principles calculations. Two different states of hydrogen adsorption on AlN monolayer are considered: (I) adsorption of hydrogen atoms on Aluminum and Nitrogen atoms at the same side of AlN sheet (AlN2H) and (II) adsorption of hydrogen atoms on Aluminum and Nitrogen atoms at the two opposite sides of AlN sheet (HAlNH). The hydrogenated AlN nanosheet is semiconductor and its energy bandgap changes relative to the pristine AlN sheet, so that, the bandgap values were obtained as 3 and 4.3 eV for HAlNH and AlN2H, respectively. Based on the calculated electronic properties, density functional calculations in the harmonic elastic deformation range are performed to obtain the mechanical elastic constants of pristine and fully hydrogenated AlN monolayer. Energetically, compared with the pristine AlN, hydrogenation AlN is more stable. Also, by calculating the formation energy of the structures AlN2H and HAlNH, the results indicate that the structure of HAlNH is more stable than AlN2H. In particular, it is found that the inplane stiffness of hydrogenated AlN is significantly smaller than that of pristine AlN, so that, the inplane stiffness was obtained as 82 N/m for HAlNH.