Two-Dimensional SiS Layers with Promising Electronic and Optoelectronic Properties: Theoretical Prediction

Nano Letters

Volumn 16, Issue 2, 2016, Pages 1110-1117

  Yang, Ji Hui ^a,d   Zhang, Yueyu ^b,c   Yin, Wan Jian ^a   Gong, X G ^b,c   Yakobson, Boris I ^d   Wei, Su Huai ^e  

^a NATIONAL RENEWABLE ENERGY LABORATORY   (United States)

^b FUDAN UNIVERSITY   (China)

^c School of Electronic Science and Engineering   (China)

^d Rice University   (United States)

^e BEIJING COMPUTATIONAL SCIENCE RESEARCH CENTER   (China)

Author keywords

differential evolution; direct bandgap; global structure search; high mobility; SiS; stability

Indexed keywords

CONVERGENCE OF NUMERICAL METHODS; ENERGY GAP; EVOLUTIONARY ALGORITHMS; GLOBAL OPTIMIZATION; NANOELECTRONICS; SILICON;

DESIGNING PRINCIPLE; DIFFERENTIAL EVOLUTION; GLOBAL OPTIMIZATION METHOD; GLOBAL STRUCTURE; HIGH MOBILITY; OPTOELECTRONIC APPLICATIONS; OPTOELECTRONIC PROPERTIES; TWO DIMENSIONAL (2 D);

OPTIMIZATION;

EID: 84958213939     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b04341     Document Type: Article

References (68)

1. Geim, A. K.; Novoselov, K. S. Nat. Mater. 2007, 6, 183-191 10.1038/nmat1849
2. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Katsnelson, M. I.; Grigorieva, I. V.; Dubonos, S. V.; Firsov, A. A. Nature 2005, 438, 197-200 10.1038/nature04233
3. Novoselov, K. S.; McCann, E.; Morozov, S. V.; Fal'ko, V. I.; Katsnelson, M. I.; Zeitler, U.; Jiang, D.; Schedin, F.; Geim, A. K. Nat. Phys. 2006, 2, 177-180 10.1038/nphys245
4. Zhang, Y.; Tan, Y.-W.; Stormer, H. L.; Kim, P. Nature 2005, 438, 201-204 10.1038/nature04235
5. Mak, K. F.; Lee, C.; Hone, J.; Shan, J.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 136805 10.1103/PhysRevLett.105.136805
6. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C.-Y.; Gall, G.; Wang, F. Nano Lett. 2010, 10, 1271-1275 10.1021/nl903868w
7. Banerjee, S.; Richardson, W.; Coleman, J.; Chatterjee, A. IEEE Electron Device Lett. 1987, 8, 347-349 10.1109/EDL.1987.26655
8. Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. Nat. Nanotechnol. 2011, 6, 147-150 10.1038/nnano.2010.279
9. Radisavljevic, B.; Kis, A. Nat. Mater. 2013, 12, 815-820 10.1038/nmat3687
10. Li, L.; Yu, Y.; Ye, G. J.; Ge, Q.; Ou, X.; Wu, H.; Feng, D.; Chen, X. H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 372-377 10.1038/nnano.2014.35
11. Liu, H.; Du, Y.; Deng, Y.; Ye, P. D. Chem. Soc. Rev. 2015, 44, 2732-2743 10.1039/C4CS00257A
12. Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X.; Tománek, D.; Ye, P. D. ACS Nano 2014, 8, 4033-4041 10.1021/nn501226z
13. Zhu, Z.; Tománek, D. Phys. Rev. Lett. 2014, 112, 176802 10.1103/PhysRevLett.112.176802
14. Das Sarma, S. D.; Adam, S.; Hwang, E. H.; Rossi, E. Rev. Mod. Phys. 2011, 83, 407 10.1103/RevModPhys.83.407
15. Bolotin, K. I.; Sikes, K. J.; Jiang, Z.; Klima, M.; Fudenberg, G.; Hone, J.; Kim, P.; Stormer, H. L. Solid State Commun. 2008, 146, 351-355 10.1016/j.ssc.2008.02.024
16. Lu, J.; Carvalho, A.; Chan, X. K.; Liu, H.; Liu, B.; Tok, E. S.; Loh, K. P.; Neto, A. H. C.; Sow, C. H. Nano Lett. 2015, 15, 3524-3532 10.1021/acs.nanolett.5b00952
17. Kang, J.; Tongay, S.; Zhou, J.; Li, J.; Wu, J. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 012111 10.1063/1.4774090
18. Lebègue, S.; Eriksson, O. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 115409 10.1103/PhysRevB.79.115409
19. Yoon, Y.; Ganapathi, K.; Salahuddin, S. Nano Lett. 2011, 11, 3768-3773 10.1021/nl2018178
20. Fuhrer, M. S.; Hone, J. Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 146-147 10.1038/nnano.2013.30
21. Low, T.; Rodin, A. S.; Carvalho, A.; Jiang, Y.; Wang, H.; Xia, F.; Castro Neto, A. H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 90, 075434 10.1103/PhysRevB.90.075434
22. Xia, F.; Wang, H.; Jia, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4458 10.1038/ncomms5458
23. Qiao, J.; Kong, X.; Hu, Z.-X.; Yang, F.; Ji, W. Nat. Commun. 2014, 5, 4475 10.1038/ncomms5475
24. Koenig, S. P.; Doganov, R. A.; Schmidt, H.; Castro Neto, A. H.; Ozyilmaz, B. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 103106 10.1063/1.4868132
25. Ziletti, A.; Carvalho, A.; Campbell, D. K.; Coker, D. F.; Castro Neto, A. H. Phys. Rev. Lett. 2015, 114, 046801 10.1103/PhysRevLett.114.046801
26. Chen, S.; Gong, X. G.; Walsh, A.; Wei, S.-H. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 041903 10.1063/1.3074499
27. Chen, S.; Gong, X. G.; Walsh, A.; Wei, S.-H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 165211 10.1103/PhysRevB.79.165211
28. Yang, J.-H.; Zhai, Y.; Liu, H.; Xiang, H.; Gong, X.; Wei, S.-H. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 12653-12657 10.1021/ja303892a
29. Kubota, Y.; Watanabe, K.; Tsuda, O.; Taniguchi, T. Science 2007, 317, 932-934 10.1126/science.1144216
30. Dean, C. R.; Young, A. F.; Meric, I.; Lee, C.; Wang, L.; Sorgenfrei, S.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Kim, P.; Shepard, K. L.; Hone, J. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 722-726 10.1038/nnano.2010.172
31. Lee, K. H.; Shin, H.-J.; Lee, J.; Lee, I.-Y.; Kim, G.-H.; Choi, J.-Y.; Kim, S.-W. Nano Lett. 2012, 12, 714-718 10.1021/nl203635v
32. Park, J.-H.; Park, J. C.; Yun, S. J.; Kim, H.; Luong, D. H.; Kim, S. M.; Choi, S. H.; Yang, W.; Kong, J.; Kim, K. K.; Lee, Y. H. ACS Nano 2014, 8, 8520-8528 10.1021/nn503140y
33. Zhu, Z.; Guan, J.; Liu, D.; Tománek, D. ACS Nano 2015, 9, 8284-8290 10.1021/acsnano.5b02742
34. Huang, B.; Xiang, H.; Xu, Q.; Wei, S.-H. Phys. Rev. Lett. 2013, 110, 085501 10.1103/PhysRevLett.110.085501
35. Mattson, E. C.; Pu, H.; Cui, S.; Schofield, M. A.; Rhim, S.; Lu, G.; Nasse, M. J.; Ruoff, R. S.; Weinert, M.; Gajdardziska-Josifovska, M.; Chen, J.; Hirschmug, C. J. ACS Nano 2011, 5, 9710-9717 10.1021/nn203160n
36. Choi, J.-H.; Cui, P.; Lan, H.; Zhang, Z. Phys. Rev. Lett. 2015, 115, 066403 10.1103/PhysRevLett.115.066403
37. Tran, V.; Soklaski, R.; Liang, Y.; Yang, L. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2014, 89, 235319 10.1103/PhysRevB.89.235319
38. Xiao, J.; Long, M.; Zhang, X.; Ouyang, J.; Xu, H.; Gao, Y. Sci. Rep. 2015, 5, 9961 10.1038/srep09961
39. Bruzzone, S.; Fiori, G. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 222108 10.1063/1.3665183
40. Fei, R.; Faghaninia, A.; Soklaski, R.; Yan, J.-A.; Lo, C.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14, 6393-6399 10.1021/nl502865s
41. Pizzi, G.; Volja, D.; Kozinsky, B.; Fornari, M.; Marzari, N. Comput. Phys. Commun. 2014, 185, 422-429 10.1016/j.cpc.2013.09.015
42. Fei, R.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14, 2884-2889 10.1021/nl500935z
43. Shi, H.; Pan, H.; Zhang, Y.-W.; Yakobson, B. I. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 87, 155304 10.1103/PhysRevB.87.155304
44. Jacobsen, R. S.; Andersen, K. N.; Borel, P. I.; Fage-Pedersen, J.; Frandsen, L. H.; Hansen, O.; Kristensen, M.; Lavrinenko, A. V.; Moulin, G.; Ou, H.; Peucheret, C.; Zsigri, B.; Bjarklev, A. Nature 2006, 441, 199-202 10.1038/nature04706
45. Zhu, J.; Liu, F.; Stringfellow, G. B.; Wei, S.-H. Phys. Rev. Lett. 2010, 105, 195503 10.1103/PhysRevLett.105.195503
46. Lai, K.; Nakamura, M.; Kundhikanjana, W.; Kawasaki, M.; Tokura, Y.; Kelly, M. A.; Shen, Z.-X. Science 2010, 329, 190 10.1126/science.1189925
47. Yin, W.-J.; Chen, S.; Yang, J.-H.; Gong, X.-G.; Yan, Y.; Wei, S.-H. Appl. Phys. Lett. 2010, 96, 221901 10.1063/1.3430005
48. Fischetti, M. V.; Ren, Z.; Solomon, P. M.; Yang, M.; Rim, K. J. Appl. Phys. 2003, 94, 1079 10.1063/1.1585120
49. Haeni, J. H.; Irvin, P.; Chang, W.; Uecker, R.; Reiche, P.; Li, Y. L.; Choudhury, S.; Tian, W.; Hawley, M. E.; Craigo, B.; Tagantsev, A. K.; Pan, X. Q.; Streiffer, S. K.; Chen, L. Q.; Kirchoefer, S. W.; Levy, J.; Schlom, D. G. Nature 2004, 430, 758 10.1038/nature02773
50. Wei, S.-H.; Zunger, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 60, 5404 10.1103/PhysRevB.60.5404
51. Zhang, Y.-Y.; Gao, W.; Chen, S.; Xiang, H.; Gong, X.-G. Comput. Mater. Sci. 2015, 98, 51 10.1016/j.commatsci.2014.10.054
52. Chen, H.-Z.; Zhang, Y.-Y.; Gong, X.; Xiang, H. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 2333 10.1021/jp411437f
53. Storn, R.; Price, K. J. Global Optimization 1997, 11, 341-359 10.1023/A:1008202821328
54. Chen, Z.; Jiang, X.; Li, J.; Li, S.; Wang, L. J. Comput. Chem. 2013, 34, 1046-1059 10.1002/jcc.23235
55. Li, Z.-L.; Li, Z.-M.; Cao, H.-Y.; Yang, J.-H.; Shu, Q.; Zhang, Y.-Y.; Xiang, H. J.; Gong, X. G. Nanoscale 2014, 6, 4309-4315 10.1039/c3nr06823d
56. Wang, Y.; Lv, J.; Zhu, L.; Ma, Y. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010, 82, 094116 10.1103/PhysRevB.82.094116
57. Wang, Y.; Lv, J.; Zhu, L.; Ma, Y. Comput. Phys. Commun. 2012, 183, 2063-2070 10.1016/j.cpc.2012.05.008
58. Pickard, C. J.; Needs, R. J. J. Phys.: Condens. Matter 2011, 23, 053201 10.1088/0953-8984/23/5/053201
59. Hohenberg, P.; Kohn, W. Phys. Rev. 1964, 136, B864-B871 10.1103/PhysRev.136.B864
60. Kohn, W.; Sham, L. J. Phys. Rev. 1965, 140, A1133-A1138 10.1103/PhysRev.140.A1133
61. Kresse, G.; Furthmüller, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1996, 54, 11169-11186 10.1103/PhysRevB.54.11169
62. Kresse, G.; Furthmüller, J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15-50 10.1016/0927-0256(96)00008-0
63. Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 1999, 59, 1758-1775 10.1103/PhysRevB.59.1758
64. Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865 10.1103/PhysRevLett.77.3865
65. Grimme, S.; Ehrlich, S.; Goerigk, L. J. Comput. Chem. 2011, 32, 1456-1465 10.1002/jcc.21759
66. Togo, A.; Tanaka, I. Scr. Mater. 2015, 108, 1-5 10.1016/j.scriptamat.2015.07.021
67. Heyd, J.; Scuseria, G. E.; Ernzerhof, M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207 10.1063/1.1564060
68. Mostofi, A. A.; Yates, J. R.; Lee, Y.-S.; Souza, I.; Vanderbilt, D.; Marzari, N. Comput. Phys. Commun. 2008, 178, 685-699 10.1016/j.cpc.2007.11.016