Journal of Iranian Association of Electrical and Electronics Engineers

fa طراحی نظری و مشخصه یابی نانوحسگرهای مبتنی بر بروفن برای شناسایی گازهای سمی Theoretical Design and Characterization of Borophene-based Nanosensors for Detecting Toxic Gases الکترونیک Electronic پژوهشي Research تشخیص و حذف گازهای سمی خصوصاً در غلظت‌های کم با حساسیت بسیار بالا امری مهم به شمار می‌آید. در این پژوهش، جذب مولکول گاز NO2 بر روی نانوصفحات دوبُعدی و نانوریبون‌های یک‌بُعدی دو فاز پایدار ϰ3 و β12 بروفن بررسی و تاثیر جذب بر ساختار الکترونی و ترابرد نانوریبون‌های بروفن مطالعه می‌شود. شبیه‌سازی محاسباتی نانوساختارهای بروفن در چهارچوب نظریه تابعی چگالی (DFT) و نظریه تابع غیرتعادلی گرین (NEGF) و با بهره‌گیری از بسته‌‌ی نرم‌افزاری VNL-ATK انجام می‌شود. نتایج نشان می‌دهد عملکرد حسگری به ساختار هندسی بروفن، موقعیت‌های جذب گاز و جهت ترابرد بار الکتریکی وابسته است. بیشترین بازه تغییرات نسبی جریان در دستگاههای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر ϰ3  و  نانوریبون زیگزاگ β12  قبل و بعد از جذب گاز در محدوده 0.1 تا 1.5 ولت به ترتیب 62% و 38% است. تغییرات نسبی جریان در ولتاژ 0.1 ولت برای هر دو دستگاه مذکور تقریبا با هم برابر و حدود 32 %  است. بالا بودن تغییرات نسبی جریان در نتیجه جذب NO2 در ولتاژهای کم نشان می‌دهد که سنسورهای مبتنی بر نانوریبون آرمچیر بروفن فاز ϰ3  حساسیت و انتخاب‌پذیری بالایی را برای آشکارسازی مولکول‌های کوچک گاز NO2 دارند.   The detection and removal of toxic gases, particularly at low concentrations, while maintaining high sensitivity, is a critical concern in various applications. This research is dedicated to investigating the adsorption of NO2 gas molecules on two-dimensional nanosheets and one-dimensional nanoribbons. The specific focus is on understanding the impact of adsorption on the electronic structure and transport properties of two stable phases of nanoribbons, namely ϰ3 and β12 . To achieve this, computational simulations of borophene nanostructures are conducted using Density Functional Theory (DFT) and Non-Equilibrium Green's Function theory (NEGF) with the VNL-ATK software package. The findings of this study demonstrate that the sensing performance heavily relies on both the geometrical structure of borophene and the specific locations of gas adsorption, as well as the direction of the charge transfer. Maximum relative current changes before and after gas adsorbtion in armchair ϰ3 and zigzag β12 nanoribbon-based devices, within the   voltage range of 0.1 to 1.5 V, are 62%  and 38%. Furthermore, both devices exhibit similar relative changes in their currents at the voltage of 0.1 V, approximately 32%. The noteworthy relative current changes observed at low voltages indicate that sensors based on the armchair ϰ3 borophene nanoribbon exhibit exceptional sensitivity and selectivity in detecting small gas molecules, particularly NO2. These findings emphasize the potential of such nanoribbon-based sensors for effective gas detection and offer valuable insights for the development of advanced gas sensing technologies.   فازهای ϰ3 و β12 بروفن, نانوریبون‌های آرمچیر و زیگزاگ, حسگر گاز, خصوصیات ترابرد, رفتارهای جذبی, نظریه تابعی چگالی (DFT), نظریه تابع غیرتعادلی گرین (NEGF), مولکول گاز NO2. ϰ3 &,,,, β12 Borophene, Zigzag &,,,,Armchair Nanoribbons, Transport Properties, Adsorption Behaviours, Density Functional Theory (DFT), Non-Equilibrium Green’s Function (NEGF), NO2 gas molecule. 79 90 http://jiaeee.com/browse.php?a_code=A-10-1564-2&slc_lang=fa&sid=1 Shadi Cheshmehkhavar شادی چشمه خاور shadicheshmeh@gmail.com 100319475328460013027 100319475328460013027 Yes Jundi-Shapur University of Technology دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول Seyyedeh Fatemeh Molaeezadeh سیده فاطمه مولایی زاده fmolaee@jsu.ac.ir 100319475328460013028 100319475328460013028 No Jundi-Shapur University of Technology دانشکده‌ی مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه صنعتی جندی‌شاپور دزفول