반데르발스 힘으로 조성된 인 (phosphorus) 동소체이자 2차원 층상 구조 물질인 다층 흑린은 비등방적인 전자띠 구조 및 음수 값까지 조절 가능한 전자 띠간격 (band gap)을 가져 최근 주목받고 있는 2차원 물질이다. 전자 띠간격을 조절함에 따라 다층 흑린은 절연체 (insulator) 상, 디락 준금속 (Dirac semimetal)상, 또는 이 두 개의 상 사이에 나타나는 반-디락 준금속 전이점 (semi-Dirac transition point)에 있을 수 있다. 본 연구에서는 비등방성 및 다층띠 (multiband) 성질을 모두 고려한 일반화된 볼츠만 수송 이론 (Boltzmann transport theory)을 이용하여 다층 흑린의 다양한 상에서 전하 밀도와 온도에 따라 변화하는 전기 전도도 (conductivity)를 계산하였으며, 각각의 상에서 특징적인 전하 밀도 및 온도 의존성을 밝혀내었다.

[그림설명]

(a), (b), (c): Electronic band structure of few-layer black phosphorus in various phases

Black phosphorus (BP), a two-dimensional (2D) van der Waals layered material composed of phosphorus atoms, has been one of the most actively studied 2D materials in recent years due to its tunable energy band gap (tunable even to a negative value) and its highly anisotropic electronic structure. Depending on the sign of the band gap tuning parameter, few-layer BP can be in a gapped insulator phase, gapless Dirac semimetal phase, or gapless semi-Dirac transition point between the two phases. Using the fully anisotropic multiband Boltzmann transport theory, we systematically study the dc conductivity of few-layer BP as a function of the carrier density and temperature by varying the band gap tuning parameter, and determine the characteristic density and temperature dependence corresponding to each phase.

Authors: Sanghyun Park (서울대), Seungchan Woo (서울대), Hongki Min (서울대)

Journal: 2D Materials 6, 025016 (2019)

Publication date: 12 February 2019

Link: https://doi.org/10.1088/2053-1583/ab01c3