Hydrogenated Boron Phosphide THz-Metamaterial-Based Biosensor for Diagnosing COVID-19: A DFT Coupled FEM Study

材料科学 硼酚 单层 微观结构 之字形的 密度泛函理论 凝聚态物理 光电子学 纳米技术 复合材料 化学 计算化学 几何学 物理 数学 有机化学
作者
Chunjian Tan,Shaogang Wang,Huiru Yang,Qianming Huang,Shizhen Li,Xu Liu,Huaiyu Ye,Guoqi Zhang
出处
期刊:Nanomaterials [MDPI AG]
卷期号:12 (22): 4024-4024 被引量:6
标识
DOI:10.3390/nano12224024
摘要

Recent reports focus on the hydrogenation engineering of monolayer boron phosphide and simultaneously explore its promising applications in nanoelectronics. Coupling density functional theory and finite element method, we investigate the bowtie triangle ring microstructure composed of boron phosphide with hydrogenation based on structural and performance analysis. We determine the carrier mobility of hydrogenated boron phosphide, reveal the effect of structural and material parameters on resonance frequencies, and discuss the variation of the electric field at the two tips. The results suggest that the mobilities of electrons for hydrogenated BP monolayer in the armchair and zigzag directions are 0.51 and 94.4 cm2·V−1·s−1, whereas for holes, the values are 136.8 and 175.15 cm2·V−1·s−1. Meanwhile, the transmission spectra of the bowtie triangle ring microstructure can be controlled by adjusting the length of the bowtie triangle ring microstructure and carrier density of hydrogenated BP. With the increasing length, the transmission spectrum has a red-shift and the electric field at the tips of equilateral triangle rings is significantly weakened. Furthermore, the theoretical sensitivity of the BTR structure reaches 100 GHz/RIU, which is sufficient to determine healthy and COVID-19-infected individuals. Our findings may open up new avenues for promising applications in the rapid diagnosis of COVID-19.
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