Аннотация результатов, полученных в 2021 году
1) Построены атомистические модели суперъячеек четырех новых конфигураций ван-дер-ваальсовых вертикальных гетероструктур, образующих контакт металл-полупроводник: 1) на основе монослоев триангулированного борофена tr-B и сульфида рения ReS2; 2) на основе монослоев триангулированного борофена tr-B и селенида рения ReSe2; 3) на основе монослоев триангулированного борофена tr-B и графеноподобного нитрида галлия GaN; 4) на основе монослоев триангулированного борофена tr-B и оксида цинка ZnO. Проведена оценка энергетической (термодинамической) стабильности построенных суперъячеек ван-дер-ваальсовых гетероструктур путем расчета энергии связи Eb (энтальпии формирования) для каждой атомной конфигурации. Установлено, что все построенные суперъячейки ван-дер-ваальсовых гетероструктур характеризуются отрицательными значениями энтальпии формирования, что свидетельствуют об их энергетической (термодинамической) устойчивости. 2) Выявлены закономерности электронного строения исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур. Установлено, что все предложенные атомные конфигурации гетероструктур имеют бесщелевую зонную структуру, обусловленную тем, что определяющий вклад в формирование энергетических подзон вблизи дна зоны проводимости и профиля DOS вблизи уровня Ферми вносят незаполненные 2p-электронные состояния атомов бора в составе триангулированного борофена. 3) На основе рассчитанных согласно процедуре Малликена распределений электронной плотности заряда по атомам суперъячеек исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур установлено перетекание заряда между слоями, причем заряд всегда переходит от триангулированного борофена, обладающего металлической проводимостью, на полупроводниковый слой ReS2/ReSe2/GaN/ZnO в зависимости от конфигурации гетероструктуры. 3) Выявлены закономерности влияния механических деформаций одноосного/двухосного растяжения, одноосного/двухосного сжатия, а также деформации изгиба на электронное строение и электрофизические характеристики исследуемых гетероструктур с целью выявления способов управления их электронными свойствами. Установлено, что из трех видов одноосной деформации исследуемые гетероструктуры наиболее чувствительны к деформации растяжения. Показано, что в электронном строении гетероструктуры борофен/ReS2 открывается энергетическая щель величиной 0.012 эВ при растяжении на 2%, а в электронном строении гетероструктуры борофен/ZnO энергетическая щель величиной 0.063 эВ появляется при растяжении на 14%. Обнаружено, что при одноосном сжатии наибольшей чувствительностью электронного строения к деформации характеризуется гетероструктура борофен/GaN, в зонной структуре которой открывается энергетическая щель величиной 0.028 эВ. Установлено, что при деформации изгиба заметных изменений в профиле DOS вблизи уровня Ферми не происходит ни у одной из исследуемых гетероструктур. Выявлено, что из двух видов двухосной деформации более эффективной в плане управления электронным строением исследуемых гетероструктур является деформация двухосновного сжатия. Показано, что в электронном строении гетероструктуры борофен/ReS2 открывается энергетическая щель величиной 0.021 эВ при сжатии на 2%, в электронном строении гетероструктуры борофен/GaN – щель величиной 0.018 эВ при сжатии на 4 % и в электронном строении борофен/ZnO – щель величиной 0.012 эВ при сжатии на 6%. Установлено, что при двухосновном растяжении подобных изменений электронной структуры не происходит. Выявлена чувствительность положения уровня Ферми в электронном строении исследуемых гетероструктур к одноосным и двухосным деформациям. Установлено, что в и в случае одноосных деформаций, и в случае двухосных деформаций растяжения/сжатия наиболее заметные изменения в положении уровня Ферми происходят в электронном строении гетероструктуры борофен/ZnO: при одноосном сжатии максимальная величина сдвига составляет 0.92 эВ, при одноосном растяжении – 0.3 эВ; при двухосном сжатии максимальная величина сдвига составляет 1 эВ, при двухосном растяжении – 0.6 эВ. Изучено поведение эффективной массы и подвижности носителей заряда в исследуемых гетероструктурах. Показано, что для всех гетероструктур наименьшие значения эффективной массы наблюдаются в направлении kx обхода зоны Бриллюэна, что обеспечивает бОльшую подвижность носителей в этом направлении. Прогнозируется, что именно в направлении kx для исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур следует ожидать повышенную электронную проводимость. Установлено, что при одноосной и двухосной деформации сжатия эффективная масса электронов увеличивается, что приводит к снижению подвижности носителей, а при деформации растяжения эффективная масса электронов уменьшается, а значит, и увеличивается подвижности носителей.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
1) Выявлены закономерности влияния функционализации поверхности борофена атомами кислорода на электронно-энергетические характеристики исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур борофен/GaN, борофен/ZnO, борофен/ReS2, борофен/ReSe2. Установлены значения уровня Ферми для каждой гетероструктуры. Показано, что функционализация борофена кислородом приводит к открытию энергетической щели в зонной структуре всех исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур. Величина щели составляет 0.13 эВ для гетероструктуры O-борофен/GaN, 0.22 эВ – для O-борофен/ZnO, 0.27 эВ – для O-борофен/ReS2 и 0.03 эВ для O-борофен/ReSe2. 2) Рассчитаны ВАХ гетероструктур борофен/GaN и борофен/ZnO для двух направлений токопереноса (вдоль краев c кресельной конфигурацией (armchair) и с зигзагообразной конфигурацией (zigzag) монослоев GaN и ZnO). Установлено, что для них характерна анизотропия электропроводности: в направлении транспорта zigzag ток в 5 раз больше, чем в направлении armchair. Выявлены закономерности изменения тока исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур при экстремальных температурах T=203K и T=343K. Для гетероструктуры борофен/ZnO при экстремальных температурах крутизна ВАХ уменьшается примерно в 1,5 раза по сравнению с крутизной ВАХ при 300К, в то время как максимальные значения тока при напряжении в 1В в условиях экстремальных температур и при T=300К остаются одного порядка. Для гетероструктуры борофен/GaN при T=230К крутизна ВАХ уменьшается примерно в 1,2 раза по сравнению с крутизной ВАХ при T=300К, сохраняя при этом порядок в значениях тока. При температуре 343 К наблюдается снижение значений тока на один порядок. 3) Рассчитаны барьеры Шоттки для дырок (ϕh) и электронов (ϕe) для исследуемых гетероструктур. Установлено, что для гетероструктуры борофен/GaN можно добиться снижения ϕh до 0.19 эВ в случае двухосной деформации сжатия на 4% и ϕe до 0.87 эВ в случае одноосной деформации сжатия на 14%. Для гетероструктуры борофен/ZnO удалось добиться снижения ϕh до 0.08 эВ и ϕe до 0.67 эВ в случае одноосной деформации сжатия на 12%. Для гетероструктуры борофен/ReS2 удалось добиться снижения ϕe до 0.22 эВ в случае одноосной деформации сжатия на 8%. Для гетероструктуры борофен/ReSe2 удалось добиться снижения ϕh до 0.01 эВ в случае одноосной деформации растяжения на 10% и ϕe до 0.15 эВ в случае двухосной деформации сжатия на 6%. Показано, что еще более эффективным подходом в плане управления величиной барьера Шоттки для дырок и электронов исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур оказалось оксидирование поверхности монослоя борофена. 4) Выявлены закономерности изменения комплексной диэлектрической проницаемости и спектров поглощения гетероструктур борофен/GaN, борофен/ZnO, борофен/ReS2, борофен/ReSe2 в диапазоне длин волн λ=0.2 – 2 мкм (УФ-, видимый и ближний ИК-диапазон). Результаты расчета комплексной диэлектрической проницаемости показали, что все исследуемые гетероструктуры в рассматриваемом диапазоне длин волн проявляют себя как среды с диэлектрическими свойствами. Об этом свидетельствует многократное превышение действительной части комплексной диэлектрической (Re epsilon) проницаемости над мнимой (Im epsilon), а также рассчитанные значения тангенса угла диэлектрических потерь, которые не превышает 0.02-0.08 в рассматриваемом интервале длин волн. Для гетероструктур борофен/GaN и борофен/ZnO выявлена анизотропия коэффициента поглощения при выборе направления поляризации света. Показано, что разница в значениях коэффициента поглощения гетероструктуры борофен/GaN между УФ- и видимым диапазонами может достигать ~ 7 раз, между УФ- и ближним ИК-диапазонами – ~ 14 раз. Для гетероструктуры борофен/ZnO эта разница может составлять до ~ 6 раз и до ~ 18 раз, соответственно. Анализ профилей спектров поглощения гетероструктур борофен/ReS2 и борофен/ReSe2 показал, что для обеих гетероструктур характерно появление двух заметных пиков в области дальнего и ближнего УФ-диапазона. Показано, что в области ближнего ИК-диапазона величина поглощения минимальная (не более 3%). 5) Установлены закономерности спектра фототока исследуемых ван-дер-ваальсовых гетероструктур в диапазоне длин волн 200-2000 нм. Выявлено, что для всех четырех гетероструктур основная интенсивность интегральной величины фототока наблюдается в области видимого излучения, что важно для работы потенциальных солнечных батарей на их основе. Выявлено, что гетероструктуры борофен/ReS2 и борофен/ReSe2 по интегральной величине фототока (6.3 мА/см2 и 6.05 мА/см2 для АМ0, 5.03 мА/см2 и 4.84 мА/см2 для АМ1.5G) в видимом диапазоне в 5 раз превосходят гетероструктуру борофен/GaN и в 10 раз гетероструктуру борофен/ZnO. 6) Установлено влияние деформации одноосного и двухосного растяжения/сжатия и структурных дефектов на оптические и оптоэлектронные свойства исследуемых гетероструктур. Выявлено, что для гетероструктуры борофен/GaN по мере увеличения одноосного сжатия наблюдается возрастание Im epsilon в области ИК-диапазона. С увеличением одноосного растяжения наблюдается появление пика Im epsilon на границе видимого и ИК-диапазонов и пика в ИК-диапазоне (~1300 нм). Для гетероструктуры борофен/ZnO было установлено, что и в случае одноосного сжатия, и в случае одноосного растяжения, с ростом деформации наблюдается увеличение Im epsilon в области ИК-диапазона. Из двух видов одноосных деформаций гетероструктура борофен/ReS2 оказалась более чувствительной к растяжению. В случае двухосной деформации и растяжение, и сжатие заметно влияют на спектральный профиль Im epsilon. Для гетероструктуры борофен/ReSe2 установлено, что по мере увеличения одноосного сжатия наблюдается рост значений Im epsilon в области ИК-диапазона. С увеличением одноосного растяжения пик Im epsilon на границе видимого и ИК-диапазонов смещается в ИК-область. При двухосном сжатии в спектре Im epsilon в области ИК-диапазона появляется участок роста с ярко выраженным пиком вблизи 1200 нм. На основе результатов расчета спектров фототока установлено, что при сжатии гетероструктур борофен/GaN, борофен/ZnO, борофен/ReS2, борофен/ReSe2 происходит увеличение интегральной величины фототока в области ИК-спектра солнечного. Показано, что растяжение гетероструктур приводит к появления дополнительных пиков фототока и к увеличению их интенсивности. Показано, что функционализация кислородом борофена приводит к двукратному увеличению интегральной величины фототока гетероструктур борофен/GaN и борофен/ZnO и трехкратному увеличению интегральной величины фототока гетероструктур борофен/ReS2 и борофен/ReSe2 для спектров AM0 и AM1.5G. В видимом диапазоне спектра интегральная величина фототока для гетероструктур с оксидированным борофеном также в несколько раз превышает интегральную величину фототока гетероструктур с нефункционализированным борофеном. При этом максимум фототока на длине волны 550 нм возрастает в 6 раз для гетероструктурO-борофен/GaN и O-борофен/ZnO и в 1,5 раза для гетероструктур O-борофен/ReS2 и O-борофен/ReSe2. Функционализация борофена натрием увеличивает интегральный фототок гетероструктуры борофен/GaN в УФ-, видимом и ближнем ИК-диапазоне длин волн до значения ~5.6 мА∙см-2∙мкм-1. Для гетероструктуры борофен/ZnO также наблюдается рост интегральной величины фототока в интервале длин волн от УФ- до ближнего ИК-диапазона. Для гетероструктур борофен/ReS2 и борофен/ReSe2 наличие атомов натрия на поверхности монослоя борофена не дает существенного прироста величины генерируемого фототока. Выявлено, что наличие дефекта вакансии в монослое борофена в составе гетероструктур борофен/GaN и борофен/ZnO существенно улучшает генерацию фототока практически во всем диапазоне солнечного излучения. Дефект поворота связи, реализованный в монослоях GaN и ZnO, оказывает менее заметное влияние на интегральную величину фототока по сравнению с дефектов вакансии. Для гетероструктуры борофен/ZnO наблюдается монотонное снижение фототока с ростом длин волн падающего излучения, особенно при 1250 нм и выше. В видимом и УФ-диапазонах существенного роста фототока не наблюдается.