Structure and electronic bandgap tunability of m-plane GaN multilayers

文献情報

出版日 2021-01-21
DOI 10.1039/D0CP06093C
インパクトファクター 3.676
著者

Xueru Cai, Yiming Ma, Jinlong Ma, Dongwei Xu, Xiaobing Luo


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要旨

Two-dimensional (2D) gallium nitride (GaN) has attracted a lot of attention due to its promising applications in photoelectric nano-devices. Most previous research studies have focused on polar c-plane 2D structures. Here, by employing first principles calculations, we systematically investigate the structural and electronic properties of non-polar m-plane GaN with different numbers of atomic layers. The results show a layer-dependent structure transition and electronic band variation for m-plane GaN. It is found that the monolayer keeps a planar hexagonal structure due to sp2 hybridization, whereas the multilayers are formed by stacking of buckled hexagonal monolayers with unsaturated coordination number at the surface sublayer and bulk-like inner layers. These discrepancies in the structure further induce an indirect to direct transition of the band gap type when the layer number reaches twelve. By carefully examining the relationship between the structure and electronic bandgap, we find that the indirect bandgap comes from the unsaturated surface with a planar like structure. On surface modification, saturation of the surface dangling bonds results in an indirect to direct band gap transition.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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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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