Влияние изоэлектронных примесей на электронное строение BN-нанотрубок

На примере бор-азотной нанотрубки (5, 5) типа кресло с помощью метода линеаризованных присоединенных цилиндрических волн изучено влияние изоэлектронных примесей замещения на электронное строение BN-нанотрубок. Рассмотрение проведено с использованием приближения функционала локальной плотности и приближения маффин-тин для электронного потенциала. В этом методе электронный спектр системы определяется свободным движением электронов в межатомном пространстве между цилиндрическими барьерами и рассеянием электронов на атомных центрах. Установлено, что замещение одного атома N на P приводит к расщеплению всех дважды вырожденных зон в среднем на $0.2$ эВ, уменьшению ширины запрещенной зоны от 3.5 до 2.8 эВ, отщеплению $s$(P) полосы от высокоэнергетической области $s$(B, N) зоны, а также образованию примесных $\pi$(P) и $\pi^*$(P) зон, которые в легированной системе образуют потолок валентной зоны и дно зоны проводимости. Влияние атома As на электронную структуру нанотрубки BN (5, 5) качественно такое же, как в случае фосфора, но ширина запрещенной зоны здесь еще меньше, на 0.5 эВ, а под влиянием атома Sb оптическая щель в нанотрубке закрывается. Замещение одного атома B на Al приводит к сильному возмущению зонной структуры, и ширина запрещенной зоны здесь всего 1.6 эВ, что контрастирует с довольно слабым возмущением зонной структуры BN-нанотрубки влиянием индия. В последнем случае ширина запрещенной зоны составляет 2.9 эВ. Отмеченные эффекты могут быть зафиксированы методами оптической и фотоэлектронной спектроскопии, а также с помощью измерений электрических свойств нанотрубок. Они могут использоваться при создании электронных устройств на бор-азотных нанотрубках.