Formation and functionalization of boron phosphide monolayers

2-boyutlu(2B) ve tek katmanlı grafenin sentezlenmesi ile elde edilen üstün özellikler, benzer malzemeler üzerinde araştırmaları yoğunlaştırmıştır. İnce-film büyütme ve karakterizasyonundaki gelişmeleri takiben, gerek katmanlı gerekse katmanlı olmayan 2B malzemeler (ard arda) sentezlendi. Yapısal olarak kararlı ve bal peteği örgüsüne sahip bir 2B yapı olan h-BN, en çok dikkat çeken malzemelerden biri olmuştur. h-BN elektriksel olarak yalıtkan olup, termal olarak iletkendir. 2B malzemelerin katkılamaya ve adsorpsiyona çok elverişli olmaları, elektriksel ve yapısal ̈ozelliklerinin geniş çapta değiştirilebilmesine olanak sağlamaktadır. Bu çalışmamızda 2B ve tek katman BN yapısını, değişen oranlarda fosfor atomu ile katkılayarak, sistemdeki yapısal ve elektronik değişimleri ab-initio method kullanarak inceledik ve tüm P atomları N atomlarının yerine geçtiğinde 2B Boron Fosfor (BP) elde edildiğini bulduk. Yapısal olarak, düzlemsel bir ̈orgüye sahip olan BN, P atomu ile katkılandığında düzlemsel yapısını kaybederek burgulu bir yapıya kavuşur. Katkılanan P atomu konsantrasyonu arttıkça BN yapısının burulma miktarı artar, ancak daha sonra (%75'ten sonra), bu burulma miktarı azalır ve nihayetinde BN, tamamen düzlemsel BP'ye dönüşmüş olur. Tüm N atomları P ile yer değiştirildiğinde elde edilen BP yapısının da yapısal olarak kararlı bir yapı olduğu sonucuna vardık. 2B BP deneysel olarak elde edilmemiş olsa da yapmış olduğumuz yüksek sıcaklık moleküler dinamik ve fonon hesaplamaları normal deneysel koşullarda bu yapının yapısal kararlılıgını koruyabildiğini gostermiştir. Elektronik yapı analiz edildiğinde, BN yüksek bant aralıklı bir yalıtkan iken tek tabakalı BP yaklaşık direkt ~1.3 eV bant aralığına sahip bir yarı iletkendir. P katkılaması ile bant aralığı kontrol edilebilir şekilde değiştirilen yalıtkan yarı iletken geçişi mümkün olmaktadır. Yaptığımız çalışmalar sonucunda kararlı olduğunu bulduğumuz hekzagonal BP (h-BP)'ye Grup III-IV-V atomlarının katkılanması ve adsorpsiyonu ile oluşan yapısal ve elektriksel özelliklerdeki değişimi inceledik. Yapısal olarak yeni bir faz olan Dumbbell fazı, h-BP'nin adsorpsiyonu sırasında kilit role sahip olup ekzotermik olarak oluşmaktadır. Bu adsorpsiyon, safsızlık atomu karakteristiğine sahip atomlar sayesinde tek tabaka BP yi küçük bant aralıklı yarı iletkene dönüştürür. Al ve Ga atomları hariç eklenen atomlarla, makul sıcaklıklarda, bu alaşımlara küçük de olsa magnetik özellik kazandırılabilir. Adsorpsiyona ek olarak, Grup III-IV-V atomlarıyla tek katmanlı BP'nin katkılanması da çalışıldı. Çalışmalarımız C ve N atomlarının, deney koşullarına bağlı olarak, P atomlarının yerine katkılanabilece ğini göstermiştir. Bununla birlikte, N atomları katkılamada P atomlarını tercih ederken C atomları hem B hem de P atomları yerine katkılanabilmektedir. C atomlarının B/P atomlarının yerine katkılanması sonucu katkılanan sistem metalik özellikler kazanırken, N atomlarının P yerine katkılanması sonucu sistem direkt bant aralıklı yarı-iletkenliğini korur. Katkılama sonucu hiçbir atom sisteme magnetik özellik kazandırmamıştır. Yoğunluk Fonksiyonel Teori(YFT)'ye dayanan, son teknoloji bilgisayar hesaplamaları kullanarak P-katkılanmış h-BN and katkılanmış tek katmanlı boron fosforun yapısal ve elektriksel özellikleri incelendi.