Using density functional theory, we present a comparative study of the electronic properties of BN-doped graphene monolayer, bilayer, trilayer, and multilayer systems. In addition, we address a superlattice of pristine and BN-doped graphene. Five doping levels between 12.5% and 75% are considered, for which we obtain band gaps from 0.02 eV to 2.43 eV. We demonstrate a low effective mass of the charge carriers.

1.
S. Y.
Zhou
,
G.-H.
Gweon
,
A. V.
Fedorov
,
P. N.
First
,
W. A.
De Heer
,
D.-H.
Lee
,
F.
Guinea
,
A. H.
Castro Neto
, and
A.
Lanzara
,
Nat. Mater.
6
,
770
(
2007
).
2.
T. P.
Kaloni
,
Y. C.
Cheng
, and
U.
Schwingenschlögl
,
J. Mater. Chem.
22
,
919
(
2012
).
3.
G.
Giovannetti
,
P. A.
Khomyakov
,
G.
Brocks
,
P. J.
Kelly
, and
J.
van den Brink
,
Phys. Rev. B
76
,
073103
(
2007
).
4.
Y.
Xu
,
Y.
Liu
,
H.
Chen
,
X.
Lin
,
S.
Lin
,
B.
Yu
, and
J.
Luo
,
J. Mater. Chem.
22
,
23821
(
2012
).
5.
M.
Zarenia
,
O.
Leenaerts
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
86
,
085451
(
2012
).
6.
L.
Ci
,
L.
Song
,
C.
Jin
,
D.
Jariwala
,
D.
Wu
,
Y.
Li
,
A.
Srivastava
,
Z. F.
Wang
,
K.
Storr
,
L.
Balicas
,
F.
Liu
, and
P. M.
Ajayan
,
Nat. Mater.
9
,
430
(
2010
).
7.
C.-H.
Park
and
S. G.
Louie
,
Nano Lett.
10
,
426
(
2010
).
8.
Y. W.
Son
,
M. L.
Cohen
, and
S. G.
Louie
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
216803
(
2006
).
9.
G.
Li
,
A.
Luican
,
J. M. B.
Lopes dos Santos
,
A. H.
Castro Neto
,
A.
Reina
,
J.
Kong
, and
E. Y.
Andrei
,
Nat. Phys.
6
,
109
(
2010
).
10.
A. A.
Avetisyan
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
81
,
115432
(
2010
).
11.
A. A.
Avetisyan
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
80
,
195401
(
2009
).
12.
A.
Bagri
,
C.
Mattevi
,
M.
Acik
,
Y. J.
Chabal
,
M.
Chhowalla
, and
V. B.
Shenoy
,
Nat. Chem.
2
,
581
(
2010
).
13.
J.
Dai
and
J.
Yuan
,
Phys. Rev. B
81
,
165414
(
2010
).
14.
A.
Nourbakhsh
,
M.
Cantoro
,
T.
Vosch
,
G.
Pourtois
,
F.
Clemente
,
M. H.
van der Veen
,
J.
Hofkens
,
M. M.
Heyns
,
S. D.
Gendt
, and
B. F.
Sels
,
Nanotechnology
21
,
435203
(
2010
).
15.
M.
Pumera
and
C. H. A.
Wong
,
Chem. Soc. Rev.
42
,
5987
(
2013
).
16.
O.
Leenaerts
,
H.
Peelaers
,
A. D.
Hernández-Nieves
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
82
,
195436
(
2010
).
17.
F.
Withers
,
T. H.
Bointon
,
M.
Dubois
,
S.
Russo
, and
M. F.
Craciun
,
Nano Lett.
11
,
3912
(
2011
).
18.
T. P.
Kaloni
,
Y. C.
Cheng
, and
U.
Schwingenschlögl
,
EPL
100
,
37003
(
2012
).
19.
T. P.
Kaloni
,
M.
Upadhyay-Kahaly
,
R.
Faccio
, and
U.
Schwingenschlögl
,
Carbon
64
,
281
(
2013
).
20.
Z.
Liu
,
L.
Ma
,
G.
Shi
,
W.
Zhou
,
Y.
Gong
,
S.
Lei
,
X.
Yang
,
J.
Zhang
,
J.
Yu
,
K. P.
Hackenberg
,
A.
Babakhani
,
J.-C.
Idrobo
,
R.
Vajtai
,
J.
Lou
, and
P. M.
Ajayan
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
119
(
2013
).
21.
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
, and
H.
Kanda
,
Nat. Mater.
3
,
404
(
2004
).
22.
Y.
Kubota
,
K.
Watanabe
,
O.
Tsuda
, and
T.
Taniguchi
,
Science
317
,
932
(
2007
).
23.
A. A.
Balandin
,
S.
Ghosh
,
W.
Bao
,
I.
Calizo
,
D.
Teweldebrhan
,
F.
Miao
, and
C. N.
Lau
,
Nano Lett.
8
,
902
(
2008
).
24.
I. W.
Frank
,
D. M.
Tanenbaum
,
A. M.
Van der Zande
, and
P. L.
McEuen
,
J. Vac. Sci. Technol.
25
,
2558
(
2007
).
25.
L.
Song
,
L.
Ci
,
H.
Lu
,
P. B.
Sorokin
,
C.
Jin
,
J.
Ni
,
A. G.
Kvashnin
,
D. G.
Kvashnin
,
J.
Lou
,
B. I.
Yakobson
, and
P. M.
Ajayan
,
Nano Lett.
10
,
3209
(
2010
).
26.
J. G.
Kho
,
K. T.
Moon
,
J. H.
Kim
, and
D. P. J.
Kim
,
Am. Ceram. Soc.
83
,
2681
(
2000
).
27.
Y.
Chen
,
J.
Zou
,
S. J.
Campbell
, and
G.
Le Caer
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
2430
(
2004
).
28.
T. P.
Kaloni
and
S.
Mukherjee
,
Mod. Phys. Lett. B
25
,
1855
(
2011
).
29.
J.
Han
,
L. L.
Zhang
,
S.
Lee
,
J.
Oh
,
K.-S.
Lee
,
J. R.
Potts
,
J.
Ji
,
X.
Zhao
,
R. S.
Ruoff
, and
S.
Park
,
ACS Nano
7
,
19
(
2013
).
30.
T.
Sharifi
,
E.
Gracia-Espino
,
H. R.
Barzegar
,
X.
Jia
,
F.
Nitze
,
G.
Hu
,
P.
Nordblad
,
C.-W.
Tai
, and
T.
Wágberg
,
Nat. Commun.
4
,
2319
(
2013
).
31.
Y.
Xue
,
D.
Yu
,
L.
Dai
,
R.
Wang
,
D.
Li
,
A.
Roy
,
F.
Lu
,
H.
Chen
,
Y.
Liu
, and
J.
Qu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
12220
(
2013
).
32.
O.
Leenaerts
,
H.
Sahin
,
B.
Partoens
, and
F. M.
Peeters
,
Phys. Rev. B
88
,
035434
(
2013
).
33.
S. M.
Kim
,
A.
Hsu
,
P. T.
Araujo
,
Y.-H.
Lee
,
T.
Palacios
,
M.
Dresselhaus
,
J.-C.
Idrobo
,
K. K.
Kim
, and
J.
Kong
,
Nano Lett.
13
,
933
(
2013
).
34.
S.
Grimme
,
J. Comput. Chem.
27
,
1787
(
2006
).
35.
N. N.
Greenwood
and
A.
Earnshaw
,
Chemistry of the Elements
(
Pergamon
,
Oxford
,
1984
).
36.
M.
Topsakal
,
E.
Aktürk
, and
S.
Ciraci
,
Phys. Rev. B
79
,
115442
(
2009
).
37.
L.
Liu
and
Z.
Shen
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
252104
(
2009
).
38.
C.
Chang
,
S.
Kataria
,
C.-C.
Kuo
,
A.
Ganguly
,
B.-Y.
Wang
,
J.-Y.
Hwang
,
K.-J.
Huang
,
W.-H.
Yang
,
S.-B.
Wang
,
C.-H.
Chuang
,
M.
Chen
,
C.-I.
Huang
,
W.-F.
Pong
,
K.-J.
Song
,
S.-J.
Chang
,
J.-H.
Guo
,
Y.
Tai
,
M.
Tsujimoto
,
S.
Isoda
,
C.-W.
Chen
,
L.-C.
Chen
, and
K.-H.
Chen
,
ACS Nano
7
,
1333
(
2013
).
39.
M.
Freitag
,
Nat. Phys.
7
,
596
(
2011
).
40.
Y.
Zhang
,
T.-T.
Tang
,
C.
Girit
,
Z.
Hao
,
M. C.
Martin
,
A.
Zettl
,
M. F.
Crommie
,
Y. R.
Shen
, and
F.
Wang
,
Nature
459
,
820
(
2009
).
41.
B.
Xu
,
Y. H.
Lu
,
Y. P.
Feng
, and
J. Y.
Lin
,
J. Appl. Phys.
108
,
073711
(
2010
).
42.
S.
Casolo
,
R.
Martinazzo
, and
G. F.
Tantardini
,
J. Phys. Chem. C
115
,
3250
(
2011
).
43.
Y.
Fan
,
M.
Zhaoa
,
Z.
Wang
,
X.
Zhang
, and
H.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
083103
(
2011
).
44.
R.
Magno
,
E. R.
Glaser
,
B. P.
Tinkham
,
J. G.
Champlain
,
J. B.
Boos
,
M. G.
Ancona
, and
P. M.
Campbell
,
J. Vac. Sci. Technol. B
24
,
1622
(
2006
).
45.
D. V.
Fedorov
,
M.
Gradhand
,
S.
Ostanin
,
I. V.
Maznichenko
,
A.
Ernst
,
J.
Fabian
, and
I.
Mertig
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
156602
(
2013
).
46.
J.-H.
Chen
,
C.
Jang
,
M.
Ishigami
,
S.
Xiao
,
W. G.
Cullen
,
E. D.
Williamsa
, and
M. S.
Fuhrera
,
Solid State Commun.
149
,
1080
(
2009
).
47.
C. R.
Dean
,
A. F.
Young
,
I.
Meric
,
C.
Lee
,
L.
Wang
,
S.
Sorgenfrei
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
P.
Kim
,
K. L.
Shepard
, and
J.
Hone
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
722
(
2010
).
You do not currently have access to this content.