밀도범함수이론을 이용한 결함을 가지는 hexagonal boron nitride의 물성 예측 방법 (Prediction of the Properties of Hexagonal Boron Nitride with Vacancy Defects)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 25권 / 2호 / 452 ~ 458페이지
· 저자명 : 임영빈

초록

기계학습, 심층학습과 같은 인공지능 기술의 발달로 재료과학 분야에서도 컴퓨터 계산을 통한 재료의 특성을예측하고자 하는 학문적 움직임이 활발히 일어나고 있다. 이 연구는 큰 밴드갭을 가지는 hexagonal boron nitride (h-BN)가 결함을 가질 때, 전기적 특성이 어떻게 변하는지 예측하는 방법을 밀도범함수이론을 활용하여 제시하고자 하였다. 구체적으로 h-BN 단일층에 붕소 결함, 질소 결함, 그리고 붕소-질소 결함이 존재하는 3가지 경우를 고려하여계산하였다. 결함이 없는 h-BN 단일층의 경우, 밴드갭이 4.6 eV로 전기적 부도체인 결과가 얻어졌다. 단일공극인 붕소결함 또는 질소 결함의 경우, 밴드갭 사이에 하나의 새로운 에너지 준위가 형성되었는데, 특히 질소 결함의 경우 전도대의 2 eV 아래에서 새로운 에너지 준위가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. 붕소와 질소가 동시에 결함을 가지는 이중공극의 경우, 밴드갭 사이에 두 개의 에너지 준위가 생성되어(전도대로부터 1.3 eV과 1.8 eV 아래), 가전자대에서 전도대로 전자가 전이하기 쉬운 환경이 조성되는 것을 알 수 있었다. 따라서 h-BN 단일층에 결함의 개수가 증가하면 결함상태로 밴드갭이 서서히 채워지고, h-BN 단일층의 전기적 특성은 부도체에서 도체로 접근한다는 사실을 파악할 수 있었다. 이 연구는 계산을 통하여 새로운 재료에 대한 특성을 어떻게 예측하고 활용할 수 있는지에 대한 방법론을 제시하고자 하였다.

영어초록

Advances in artificial intelligence (AI), particularly machine learning and deep learning, have sparked interest in using computer calculations to predict material properties in material sciences.
Density functional theory was used to propose a method for predicting the electrical properties of hexagonal boron nitride (h-BN) in the presence of vacancy defects. Three types of defects in the h-BN monolayer (boron vacancy, nitrogen vacancy, and boron-nitrogen vacancy) were considered. The pristine h-BN monolayer had an electrical band gap of 4.6 eV, indicating its insulating properties. A monovacancy with boron or nitrogen defects introduced a new energy level within the band gap. In the case of divacancy by boron and nitrogen defects, two energy levels emerged (i.e., 1.3 eV and 1.8 eV from the conduction band, respectively) between the band gap, producing an environment conducive to electron excitation from the valence to the conduction band. As defects in the h-BN monolayer increased, the band gap filled gradually with new energy states. Consequently, the electrical properties shifted from insulator to conductor. This research contributes a methodology for predicting the material properties through computational calculations, providing insights into the evolving electrical behavior of h-BN with varying defect densities.

참고자료

· 없음