Predicted novel Janus γ-Ge2 XY ( X/Y= S, Se, Te) monolayers with Mexican-hat dispersions and high carrier mobilities

单层 材料科学 杰纳斯 结晶学 价(化学) 化学 物理 纳米技术 量子力学
作者
Tuan V. Vu,Huynh V. Phuc,Le C. Nhan,A.I. Kartamyshev,Nguyen N. Hieu
出处
期刊:Journal of Physics D [Institute of Physics]
卷期号:56 (13): 135302-135302 被引量:5
标识
DOI:10.1088/1361-6463/acbe0a
摘要

Abstract This work is motivated by the recent fabrication of a new four-atom-thick hexagonal polymorph from group IV monochalcogenide, so-called γ -GeSe (Lee et al 2021 Nano Lett. 21 4305). In this paper, we propose and examine the structural characteristics, electronic properties, and carrier mobility of monolayers Janus γ -Ge 2 XY ( X / Y = S, Se, or Te) based on comprehensive first-principles calculations. Monolayers γ -Ge 2 XY are confirmed to be structurally stable. Our calculations reveal that γ -Ge 2 XY monolayers are indirect semiconductors with Mexican-hat-like dispersions in the top valence band. While the effect of the electric field on the energy band dispersions of γ -Ge 2 XY monolayers is weak, the energy band dispersions are changed drastically in the presence of strain, especially compressive strain. Interestingly, a structural phase transition from semiconductor to metal is observed in γ -Ge 2 XY under compressive strain. γ -Ge 2 STe and γ -Ge 2 SeTe possess high electron mobility with values of 3.22 × 10 3 and 8.33 × 10 3 cm 2 V −1 s −1 , respectively. Our findings not only explore the fundamental physical properties of γ -Ge 2 XY but also open up new opportunities in the design of high-performance electronic nanodevices based on layered nanomaterials with Mexican-hat-like dispersions.

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