Water‐Induced Bandgap Engineering in Nanoribbons of Hexagonal Boron Nitride

材料科学 带隙 电场 光电子学 宽禁带半导体 光电流 直接和间接带隙 凝聚态物理 纳米技术 量子力学 物理
作者
Chen Chen,Hang Yang,Hui Shan Wang,Yan Wang,Xiujun Wang,Chengxin Jiang,Yongqiang Feng,Chenxi Liu,Eli Janzen,James H. Edgar,Zhipeng Wei,Wanlin Guo,Weida Hu,Xiaoyu Xuan,Haomin Wang,Xiaoming Xie
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (36) 被引量:6
标识
DOI:10.1002/adma.202303198
摘要

Different from hexagonal boron nitride (hBN) sheets, the bandgap of hBN nanoribbons (BNNRs) can be changed by spatial/electrostatic confinement. It is predicted that a transverse electric field can narrow the bandgap and even cause an insulator-metal transition in BNNRs. However, experimentally introducing an overhigh electric field across the BNNR remains challenging. Here, it is theoretically and experimentally demonstrated that water adsorption greatly reduces the bandgap of zigzag-oriented BNNRs (zBNNRs). Ab initio calculations show that water molecules can be favorably assembled within the trench between two adjacent BNNRs to form a polar ice layer, which induces a transverse equivalent electric field of over 2 V nm-1 accounting for the bandgap reduction. Field-effect transistors are successfully fabricated from zBNNRs with different widths. The conductance of water-adsorbed zBNNRs can be tuned over 3 orders in magnitude via modulation of the equivalent electrical field at room temperature. Furthermore, photocurrent response measurements are taken to determine the optical bandgaps of zBNNRs with water adsorption. The zBNNR with increased width can exhibit a bandgap down to 1.17 eV. This study offers fundamental insights into new routes toward realizing electronic/optoelectronic devices and circuits based on hexagonal boron nitride.
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