A new two-dimensional all-sp3 carbon allotrope with an indirect band gap and superior carrier mobility

文献情報

出版日 2021-01-04
DOI 10.1039/D0CP04547K
インパクトファクター 3.676
著者

Xing Yang, Yuwei Wang, Ruining Xiao, Tao Wen, Yulin Shen, Huanxiang Liu, Yongfu Wang


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要旨

The success of fascinating graphene has motivated much interest in exploiting new two-dimensional (2D) carbon allotropes with excellent electronic and mechanical properties such as graphdiyne and penta-graphene. However, there are only very few reported structures for stable 2D all-sp3 carbon allotropes. Here, we proposed a new 2D all-sp3 carbon allotrope, named as TTH-carbon. Using first-principles calculations, we investigated its structure, stability, elastic constants, band structure, carrier mobility and optical properties. The results show that it exhibits good stability. Meanwhile, it possesses a total monolayer thickness of 1.35 Å and an indirect band gap of 3.23 eV, comparable to those of well-known penta-graphene (1.20 Å and 3.25 eV). The calculated mechanical and optical properties of TTH-carbon strongly depend on the crystal orientation. The mobilities of electrons and holes along the y direction are ∼3000 cm2 V−1 s−1, which are ten times of its carrier mobilities along the x direction and three times of that of black phosphorus (∼1000 cm2 V−1 s−1). The proposed structure richens the 2D all-sp3 carbon allotropes and its properties make it a promising material for nanoelectronic and photoelectronic devices.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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