Topological line defects in hexagonal SiC monolayer

文献情報

出版日 2023-11-21
DOI 10.1039/D3CP04267G
インパクトファクター 3.676
著者

Wallace P. Morais, Guilherme J. Inacio, Rodrigo G. Amorim, Wendel S. Paz, Fernando N. N. Pansini, Fábio A. L. de Souza


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要旨

Defect engineering of two-dimensional (2D) materials offers an unprecedented route to increase their functionality and broaden their applicability. In light of the recent synthesis of the 2D Silicon Carbide (SiC), a deep understanding of the effect of defects on the physical and chemical properties of this new SiC allotrope becomes highly desirable. This study investigates 585 extended line defects (ELDs) in hexagonal SiC considering three types of interstitial atom pairs (SiSi-, SiC-, and CC-ELD) and using computational methods like Density Functional Theory, Born–Oppenheimer Molecular Dynamics, and Kinetic Monte-Carlo (KMC). Results show that the formation of all ELD systems is endothermic, with the CC-ELD structure showing the highest stability at 300 K. To further characterize the ELDs, simulated scanning tunneling microscopy (STM) is employed, and successfully allow identify and distinguish the three types of ELDs. Although pristine SiC has a direct band gap of 2.48 eV, the presence of ELDs introduces mid-gap states derived from the pz orbitals at the defect sites. Furthermore, our findings reveal that the ELD region displays enhanced reactivity towards hydrogen adsorption, which was confirmed by KMC simulations. Overall, this research provides valuable insights into the structural, electronic, and reactivity properties of ELDs in hexagonal SiC monolayers and paves the way for potential applications in areas such as catalysis, optoelectronics, and surface science.

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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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