具有非六邊形碳環(huán)的石墨烯同素異形體在場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用中具有巨大的潛力。然而，具有適當(dāng)帶隙和高空穴遷移率的二維非六邊形石墨烯同素異形體仍然很少。利用第一性原理計算，設(shè)計了一種由三角形和八邊形碳環(huán)組成的新型二維石墨烯同素異形體Cto-石墨烯。Cto-石墨烯是一種金屬和各向異性的二維超平面石墨烯同素異形體，其帶隙為0.99 eV。Cto-石墨烯的每原子能量（−8.57 eV/原子）遠(yuǎn)低于penta-石墨烯，略大于平面T-石墨烯，表明它是一種亞穩(wěn)態(tài)石墨烯異素異形體。沿扶手椅方向和Z字形方向計算的空穴遷移率分別為7.3×10
4和1.3×10
4cm
2 V
–1 s
–1。載流子遷移率取決于結(jié)構(gòu)取向。Cto-石墨烯的空穴遷移率比一些先前報道的石墨烯同素異形體（如C
568和五石墨烯）的空穴遷移性更好。它也是一種光學(xué)材料，對應(yīng)于在可見光區(qū)域和紫外線區(qū)域的一部分中擴(kuò)散的吸收光譜。卓越的載流子遷移率和卓越的光學(xué)性能使Cto-石墨烯成為未來場效應(yīng)晶體管、光學(xué)太陽能電池和光電子器件的潛在候選者。
圖1.（a） Cto-石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖。虛線表示Cto-石墨烯的原電池。H1–H5是五個不同的非六邊形環(huán).（b） 碳原子在Cto-石墨烯中的長度和電荷分布.（c） 各種石墨烯同素異形體的總能量圖.（d） Cto-石墨烯的聲子色散。
圖2:在（a）300和（b）1500K的溫度下，Cto-石墨烯的能量隨時間的波動。（c） Cto-石墨烯在雙軸拉伸應(yīng)變下的拉伸-應(yīng)變曲線。數(shù)字表示最大應(yīng)變和抗拉強(qiáng)度。
圖3.通過PBE和HSE06方法的電化學(xué)能帶結(jié)構(gòu)和Cto-石墨烯的投影DOS。
圖4.Cto-石墨烯的應(yīng)變和能量沿（a）扶手椅和（b）Z字形方向的曲線變化。（c） 光能沿虛頻率兩個方向的變化曲線。（d） 在GW
0+BSE方法下，Cto-石墨烯的平面內(nèi)吸收系數(shù)與能量之間的關(guān)系。
相關(guān)研究成果由吉林大學(xué)物理學(xué)院Da Li等人2022年發(fā)表在ACS Applied Electronic Materials (https://doi.org/10.1021/acsaelm.3c00461)上。原文：Cto-graphene: A Two-Dimensional Graphene Allotrope with High Hole Mobility。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
