吉林大学物理学院Da Li–Cto石墨烯：一种具有高空穴迁移率的二维石墨烯合金

具有非六边形碳环的石墨烯同素异形体在场效应晶体管的应用中具有巨大的潜力。然而，具有适当带隙和高空穴迁移率的二维非六边形石墨烯同素异形体仍然很少。利用第一性原理计算，设计了一种由三角形和八边形碳环组成的新型二维石墨烯同素异形体Cto-石墨烯。Cto-石墨烯是一种金属和各向异性的二维超平面石墨烯同素异形体，其带隙为0.99 eV。Cto-石墨烯的每原子能量（−8.57 eV/原子）远低于penta-石墨烯，略大于平面T-石墨烯，表明它是一种亚稳态石墨烯异素异形体。沿扶手椅方向和Z字形方向计算的空穴迁移率分别为7.3×10⁴和1.3×10⁴cm² V^–1 s^–1。载流子迁移率取决于结构取向。Cto-石墨烯的空穴迁移率比一些先前报道的石墨烯同素异形体（如C₅68和五石墨烯）的空穴迁移性更好。它也是一种光学材料，对应于在可见光区域和紫外线区域的一部分中扩散的吸收光谱。卓越的载流子迁移率和卓越的光学性能使Cto-石墨烯成为未来场效应晶体管、光学太阳能电池和光电子器件的潜在候选者。

图1.（a） Cto-石墨烯结构示意图。虚线表示Cto-石墨烯的原电池。H1–H5是五个不同的非六边形环.（b） 碳原子在Cto-石墨烯中的长度和电荷分布.（c） 各种石墨烯同素异形体的总能量图.（d） Cto-石墨烯的声子色散。

图2:在（a）300和（b）1500K的温度下，Cto-石墨烯的能量随时间的波动。（c） Cto-石墨烯在双轴拉伸应变下的拉伸-应变曲线。数字表示最大应变和抗拉强度。

图3.通过PBE和HSE06方法的电化学能带结构和Cto-石墨烯的投影DOS。

图4.Cto-石墨烯的应变和能量沿（a）扶手椅和（b）Z字形方向的曲线变化。（c） 光能沿虚频率两个方向的变化曲线。（d） 在GW₀+BSE方法下，Cto-石墨烯的平面内吸收系数与能量之间的关系。

相关研究成果由吉林大学物理学院Da Li等人2022年发表在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。