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Erschienen in: Journal of Materials Science 9/2019

25.01.2019 | Electronic materials

Planar penta-transition metal phosphide and arsenide as narrow-gap semiconductors with ultrahigh carrier mobility

verfasst von: Jun-Hui Yuan, Biao Zhang, Ya-Qian Song, Jia-Fu Wang, Kan-Hao Xue, Xiang-Shui Miao

Erschienen in: Journal of Materials Science | Ausgabe 9/2019

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Abstract

Searching for single-atom thin materials in the planar structure, like graphene and borophene, is one of the most attractive themes in two-dimensional materials. Using density functional theory calculations, we have proposed a series of single-layer planar penta-transition metal phosphides and arsenides, i.e., TM2X4 (TM = Ni, Pd and Pt; X = P, As). According to the calculated phonon dispersion relation and elastic constants, as well as ab initio molecular dynamics simulation results, monolayers of planar penta-TM2X4 are dynamically, mechanically and thermally stable. In addition, screened HSE06 hybrid functional calculations including spin–orbit coupling show that these monolayers are direct band gap semiconductors, with band gaps ranging from 0.14 to 0.77 eV. Ultrahigh carrier mobilities up to 104–105 cm2 V−1 s−1 both for electrons and holes have been confirmed, among the highest in 2D semiconductors. Our results indicate that planar penta-TM2X4 monolayers are interesting narrow-gap semiconductors with ultrahigh carrier mobility as well as excellent optical properties, and may find potential applications in nanoelectronics and photoelectronics.

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Literatur
52.
Zurück zum Zitat Ding Y, Wang Y (2013) Density functional theory study of the silicene-like SiX and XSi3 (X = B, C, N, Al, P) honeycomb lattices: the various buckled structures and versatile electronic properties. J Phys Chem C 117:18266–18278. https://doi.org/10.1021/jp407666m CrossRef Ding Y, Wang Y (2013) Density functional theory study of the silicene-like SiX and XSi3 (X = B, C, N, Al, P) honeycomb lattices: the various buckled structures and versatile electronic properties. J Phys Chem C 117:18266–18278. https://​doi.​org/​10.​1021/​jp407666m CrossRef
Metadaten
Titel
Planar penta-transition metal phosphide and arsenide as narrow-gap semiconductors with ultrahigh carrier mobility
verfasst von
Jun-Hui Yuan
Biao Zhang
Ya-Qian Song
Jia-Fu Wang
Kan-Hao Xue
Xiang-Shui Miao
Publikationsdatum
25.01.2019
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science / Ausgabe 9/2019
Print ISSN: 0022-2461
Elektronische ISSN: 1573-4803
DOI
https://doi.org/10.1007/s10853-019-03380-4

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