Електропровідність графену з домішкою азоту

Abstract

На основі моделі сильного зв’язку досліджено електронну структуру графену з домішкою атомів азоту. Як базис обрано хвильові функції 2s-, 2p-станів нейтральних невзаємодійних атомів вуглецю. При розрахунках матричних елементів Гамільтоніяна враховано перші три координаційні сфери. Показано, що гібридизація зон призводить до розщеплення енергетичного спектру електронів в області енергії Фермі. Встановлено, що зі збільшенням концентрації азоту електропровідність графену зменшується. Оскільки зі збільшенням концентрації азоту густина електронних станів на рівні Фермі збільшується, то зменшення електропровідности пояснюється більш різким зменшенням часу релаксації електронних станів.

На основе модели сильной связи исследована электронная структура графена с примесью азота. В качестве базиса выбраны волновые функции 2s-, 2p-состояний нейтральных невзаимодействующих атомов углерода. При расчёте матричных элементов гамильтониана учитывались первые три координационные сферы. Показано, что гибридизация зон приводит к расщеплению энергетического спектра электронов в области энергии Ферми. Установлено, что с увеличением концентрации азота электропроводность графена уменьшается. Поскольку с увеличением концентрации азота плотность электронных состояний на уровне Ферми растёт, то уменьшение электропроводности обусловлено более резким уменьшением времени релаксации электронных состояний.

Based on the tight-binding model, the electronic structure of graphene doped with N atoms is investigated. Wave function of 2s-, 2p-states of non-interacting neutral C atoms are chosen. Within the calculation of the Hamiltonian matrix elements, the first three co-ordination spheres are taken into account. As found, the zones’ hybridization leads to a splitting of the energy spectrum of electrons in the Fermi energy region. With increasing of nitrogen-atoms’ concentration, the conductivity of graphene decreases. As the nitrogen atoms concentration increases, the electron density of states at the Fermi level increases; so, decreasing of conductivity is caused by much greater decrease of relaxation time of electron states.