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Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics 18/2018

23.05.2018

Theoretical study of the mechanical and electronic properties of [111]-Si nanowires with interstitial lithium

verfasst von: A. González-Macías, F. Salazar, A. Miranda, A. Trejo, I. J. Hernández-Hernández, L. A. Pérez, M. Cruz-Irisson

Erschienen in: Journal of Materials Science: Materials in Electronics | Ausgabe 18/2018

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Abstract

In this work, we present a density functional study of the Young’s modulus and electronic properties of hydrogen passivated silicon nanowires (H-SiNWs) grown along [111] crystallographic direction as function of concentration of interstitial lithium (Li) atoms. The study is performed using the supercell scheme, within the local density approximation implemented in the SIESTA code. The results show that the presence of Li closes the known semiconductor band gap of the H-SiNWs showing a like metallic behavior even when just one Li atom is placed in the nanowire structure. The participation of the Li atoms in the electronic density of states is almost constant in the valence and conduction bands. The formation energy analysis show how the system loses energetic stability when the concentration of Li grows, while the binding energy per Li atom suggests the formation of Si–Li bonds. On the other hand, the Young’s modulus of the silicon nanowires (SiNWs) is higher than that of the H-SiNW and lower than the bulk value. Moreover, the Young’s modulus is almost constant independently of the Li concentration. This result indicates that the H-SiNWs support the internal stress due to the addition of Li atoms and could offer a better useful life as electrodes in Li-ion batteries. The results of this work help to understand how the electronic and mechanical properties of H-SiNWs change during the charge/discharge process and the possibility to incorporate them as electrodes in Li batteries.

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Literatur
1.
Zurück zum Zitat X. Duan, Y. Li, N.K. Rajan, D.A. Routenberg, Y. Modis, M.A. Reed, Nat. Nanotechnol. 7, 401 (2012)CrossRef X. Duan, Y. Li, N.K. Rajan, D.A. Routenberg, Y. Modis, M.A. Reed, Nat. Nanotechnol. 7, 401 (2012)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat P. Namdari, H. Daraee, A. Eatemadi, Nanoscale Res. Lett. 11, 406 (2016)CrossRef P. Namdari, H. Daraee, A. Eatemadi, Nanoscale Res. Lett. 11, 406 (2016)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat F. Priolo, T. Gregorkiewicz, M. Galli, T.F. Krauss, Nat. Nanotechnol. 9, 19 (2014)CrossRef F. Priolo, T. Gregorkiewicz, M. Galli, T.F. Krauss, Nat. Nanotechnol. 9, 19 (2014)CrossRef
4.
Zurück zum Zitat A.D. Mallorquí, E. Alarcón-Lladó, I.C. Mundet, A. Kiani, B. Demaurex, S. De Wolf, A. Menzel, M. Zacharias, A. Fontcuberta i Morral, Nano Res. 8, 673 (2015)CrossRef A.D. Mallorquí, E. Alarcón-Lladó, I.C. Mundet, A. Kiani, B. Demaurex, S. De Wolf, A. Menzel, M. Zacharias, A. Fontcuberta i Morral, Nano Res. 8, 673 (2015)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat B.J. Landi, M.J. Ganter, C.D. Cress, R.A. DiLeo, R.P. Raffaelle, Energy Environ. Sci. 2, 638 (2009)CrossRef B.J. Landi, M.J. Ganter, C.D. Cress, R.A. DiLeo, R.P. Raffaelle, Energy Environ. Sci. 2, 638 (2009)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat C.K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. McIlwrath, X.F. Zhang, R. Huggins, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 3, 31 (2008)CrossRef C.K. Chan, H. Peng, G. Liu, K. McIlwrath, X.F. Zhang, R. Huggins, Y. Cui, Nat. Nanotechnol. 3, 31 (2008)CrossRef
8.
9.
Zurück zum Zitat W. Wan, Q. Zhang, Y. Cui, E. Wang, J. Phys. Condens. Matter 22, 415501 (2010)CrossRef W. Wan, Q. Zhang, Y. Cui, E. Wang, J. Phys. Condens. Matter 22, 415501 (2010)CrossRef
10.
Zurück zum Zitat Q. Zhang, W. Zhang, W. Wan, Y. Cui, E. Wang, Nano Lett. 10, 3243 (2010)CrossRef Q. Zhang, W. Zhang, W. Wan, Y. Cui, E. Wang, Nano Lett. 10, 3243 (2010)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat F. Salazar, L.A. Pérez, M. Cruz-Irisson, Solid State Commun. 247, 6 (2016)CrossRef F. Salazar, L.A. Pérez, M. Cruz-Irisson, Solid State Commun. 247, 6 (2016)CrossRef
12.
13.
Zurück zum Zitat M.T. McDowell, S.W. Lee, W.D. Nix, Y. Cui, Adv. Mater. 25, 4966 (2013)CrossRef M.T. McDowell, S.W. Lee, W.D. Nix, Y. Cui, Adv. Mater. 25, 4966 (2013)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat M. Leisner, A. Cojocaru, E. Ossei-Wusu, J. Carstensen, H. Föll, Nanoscale Res. Lett. 5, 1502 (2010)CrossRef M. Leisner, A. Cojocaru, E. Ossei-Wusu, J. Carstensen, H. Föll, Nanoscale Res. Lett. 5, 1502 (2010)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat H. Jung, M. Lee, B.C. Yeo, K.R. Lee, S.S. Han, J. Phys. Chem. C 119, 3447 (2015)CrossRef H. Jung, M. Lee, B.C. Yeo, K.R. Lee, S.S. Han, J. Phys. Chem. C 119, 3447 (2015)CrossRef
18.
21.
Zurück zum Zitat N. Neophytou, S.G. Kim, G. Klimeck, H. Kosina, J. Appl. Phys. 107, 113701 (2010)CrossRef N. Neophytou, S.G. Kim, G. Klimeck, H. Kosina, J. Appl. Phys. 107, 113701 (2010)CrossRef
22.
Zurück zum Zitat Y.F. Zhang, L.S. Liao, W.H. Chan, S.T. Lee, T.K. Sham, Phys. Rev. B 61, 8298 (2000)CrossRef Y.F. Zhang, L.S. Liao, W.H. Chan, S.T. Lee, T.K. Sham, Phys. Rev. B 61, 8298 (2000)CrossRef
23.
Zurück zum Zitat D.D.D. Ma, C.S. Lee, F.C.K. Au, S.Y. Tong, S.T. Lee, Science 299, 1874 (2003)CrossRef D.D.D. Ma, C.S. Lee, F.C.K. Au, S.Y. Tong, S.T. Lee, Science 299, 1874 (2003)CrossRef
24.
26.
Zurück zum Zitat H. Zhang, J. Tersoff, S. Xu, H. Chen, Q. Zhang, K. Zhang, Y. Yang, C.-S. Lee, K.-N. Tu, J. Li, Y. Lu, Sci. Adv. 2, e1501382 (2016)CrossRef H. Zhang, J. Tersoff, S. Xu, H. Chen, Q. Zhang, K. Zhang, Y. Yang, C.-S. Lee, K.-N. Tu, J. Li, Y. Lu, Sci. Adv. 2, e1501382 (2016)CrossRef
27.
Zurück zum Zitat J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys. Condens. Matter 14, 2745 (2002)CrossRef J.M. Soler, E. Artacho, J.D. Gale, A. García, J. Junquera, P. Ordejón, D. Sánchez-Portal, J. Phys. Condens. Matter 14, 2745 (2002)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edn (Wiley, New York, 1996) C. Kittel, Introduction to Solid State Physics, 7th edn (Wiley, New York, 1996)
29.
30.
Zurück zum Zitat K. Zhao, W.L. Wang, J. Gregoire, M. Pharr, Z. Suo, J.J. Vlassak, E. Kaxiras, Nano Lett. 11, 2962 (2011)CrossRef K. Zhao, W.L. Wang, J. Gregoire, M. Pharr, Z. Suo, J.J. Vlassak, E. Kaxiras, Nano Lett. 11, 2962 (2011)CrossRef
31.
Zurück zum Zitat W.W. Zhang, Q.a. Huang, H. Yu, L.B. Lu, Adv. Mater. Res. 60–61, 315 (2009) W.W. Zhang, Q.a. Huang, H. Yu, L.B. Lu, Adv. Mater. Res. 60–61, 315 (2009)
Metadaten
Titel
Theoretical study of the mechanical and electronic properties of [111]-Si nanowires with interstitial lithium
verfasst von
A. González-Macías
F. Salazar
A. Miranda
A. Trejo
I. J. Hernández-Hernández
L. A. Pérez
M. Cruz-Irisson
Publikationsdatum
23.05.2018
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Materials Science: Materials in Electronics / Ausgabe 18/2018
Print ISSN: 0957-4522
Elektronische ISSN: 1573-482X
DOI
https://doi.org/10.1007/s10854-018-9331-6

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