बी और एन डोपेंट परमाणुओं द्वारा ग्राफीन का बैंड गैप डिजाइन करना

एब इनिशियो गणनाएँ बोरॉन (B) और नाइट्रोजन (N) डोप्ड ग्राफीन शीट्स की ज्यामिति और इलेक्ट्रॉनिक संरचना का अध्ययन करने के लिए की गई हैं। डोपिंग के प्रभाव का शोध विभिन्न डोपेंट्स के सांद्रता को 2% (50 होस्ट परमाणुओं में एक डोपेंट परमाणु) से 12% (50 होस्ट परमाणुओं में छह डोपेंट परमाणु) तक बदलकर और एक समान सांद्रता के लिए विभिन्न डोपिंग स्थानों पर विचार करके किया गया है। सभी गणनाएँ VASP (वियना एब इनिशियो सिमुलेशन पैकेज) का उपयोग करके की गई हैं, जो घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत पर आधारित है। बी और एन डोपिंग के माध्यम से, ग्राफीन शीट में क्रमशः पी-प्रकार और एन-प्रकार की डोपिंग उत्पन्न होती है। जबकि ग्राफीन शीट की समतल संरचना डोपिंग पर अप्रभावित रहती है, इलेक्ट्रॉनिक गुणधर्म डोपेंट्स की संख्या बढ़ने के साथ सेमी-धातु से सेमीकंडक्टर में बदल जाते हैं। यह देखा गया है कि विभिन्न डोपिंग स्थलों का चयन करके बनाए गए आइसोमर्स में स्थिरता, बांड लंबाई और बैंड गैप में महत्वपूर्ण अंतर होता है। जब डोपेंट्स को ग्राफीन के समान सबलैटिस बिंदुओं पर रखा जाता है, तो बैंड गैप अधिकतम होता है क्योंकि सबलैटिस के समरूपता टूटने का संयोजन प्रभाव होता है और बैंड गैप तब बंद हो जाता है जब डोपेंट्स को निकटवर्ती स्थितियों पर रखा जाता है (वैकल्पिक सबलैटिस स्थितियाँ)। ये रोचक परिणाम ग्राफीन के बैंड गैप को आवश्यकतानुसार ट्यून करने की संभावना प्रदान करते हैं और इसका अनुप्रयोग इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में, जैसे पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइटिक ईंधन कोशिकाओं (PEFCs) में Pt-आधारित उत्प्रेरकों के प्रतिस्थापन में है।