First-principles study of binary group IV-V polymorphs in 2D tetrahex structure

Tetrahex malzemeleri, düzenli bir dörtgen ve altıgen dizisinden oluşan yeni bir iki-boyutlu (2B) malzeme ailesidir ve ilginç elektronik, optik ve mekanik özelliklere sahiptir. Bu çalışmada Tetrahex-karbonda bulunan umut verici fotokatalitik ve auxetic (negatif Poisson oranına sahip) özellikleri göz önünde bulundurarak, bu yapıdaki ikili grup IV V polimorflarının (th-XY2 ile gösterilir, burada X=C, Si ve Y=N, P, As, Sb) özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisi kullanarak araştırılmış ve bu bileşiklerin önemli ölçüde enerjik, dinamik, termal ve mekanik kararlılık sergilediği gösterilmiştir. Yaptığımız çalışma bu ailede bulunan yapısal anizotropinin güçlü bir şekilde anizotropik mekanik, elektronik ve optik davranışı tetiklediği göstermektedir. Bu malzemeler, grafen ile karşılaştırılabilecek yüksek nihai gerilme göstermektedir ve çoğunluğu yarı iletkendir. th-CAs2'de doğrudan bant boşluğu ve th-CP2'de neredeyse doğrudan bant boşluğu görülmektedir. Ailenin bunlar dışındaki üyeleri dolaylı bant boşluklarına sahiptir. Ayrıca, th-CSb2'de dolaylı-doğrudan bant aralığı geçişi gerinim mühendisliği ile ulaşılabilir. İncelenen bileşikler görünür ve mor ötesi ışık spektrumunu soğuran özelliğine sahiptir ve optoelektronik uygulamalar için uygundur. Bant aralıkları, suyun ayrışması için gerekli olan fotojenere edilmiş enerjiyi sağlayacak kadar geniştir. th-CAs2 ve th-CP2'de bant kenarlarının konumları su oksidasyonu ve redüksiyonu ile mükemmel uyumludur. Ayrıca, yüksek anizotropik yük hareketliliği yük taşınımı ortalama yaşam süresini uzatmaktadır. Tüm bu özellikler sayesinde bu bileşikler, özellikle th-CAs2 ve th-CP2, yüksek performanslı fotokatalitik su ayırma için umut verici adaylar olarak kabul edilebilir. Ayrıca, th-CN2 ve th-SiN2 bileşiklerinin auxetic davranış sergilediği görülmektedir. Bu nadir özellik, bu bileşiklere biyoteknolojiden savunmaya kadar birçok alanda potansiyel kullanım alanı kazandırabilir.