A two-dimensional (2D) material, the holey 2D C2N (h2D-C2N) crystal, has recently been synthesized. Here, we investigate the strain effects on the properties of this material by first-principles calculations. We show that the material is quite soft with a small stiffness constant and can sustain large strains 12%. It remains a direct gap semiconductor under strain, and the bandgap size can be tuned in a wide range as large as 1 eV. Interestingly, for biaxial strain, a band crossing effect occurs at the valence band maximum close to a 8% strain, leading to a dramatic increase of the hole effective mass. Strong optical absorption can be achieved by strain tuning with absorption coefficient 106 cm−1 covering a wide spectrum. Our findings suggest the great potential of strain-engineered h2D-C2N in electronic and optoelectronic device applications.

1.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
Y.
Zhang
,
S. V.
Dubonos
,
I. V.
Grigorieva
, and
A. A.
Firsov
,
Science
306
,
666
(
2004
).
2.
A. K.
Geim
and
K. S.
Novoselov
,
Nat. Mater.
6
,
183
(
2007
).
3.
M.
Xu
,
T.
Liang
,
M.
Shi
, and
H.
Chen
,
Chem. Rev.
113
,
3766
(
2013
).
4.
S. Z.
Butler
,
S. M.
Hollen
,
L.
Cao
,
Y.
Cui
,
J. A.
Gupta
,
H. R.
Gutiérrez
,
T. F.
Heinz
,
S. S.
Hong
,
J.
Huang
,
A. F.
Ismach
,
E.
Johnston-Halperin
,
M.
Kuno
,
V. V.
Plashnitsa
,
R. D.
Robinson
,
R. S.
Ruoff
,
S.
Salahuddin
,
J.
Shan
,
L.
Shi
,
M. G.
Spencer
,
M.
Terrones
,
W.
Windl
, and
J. E.
Goldberger
,
ACS Nano
7
,
2898
(
2013
).
5.
J.
Mahmood
,
E. K.
Lee
,
M.
Jung
,
D.
Shin
,
I.-Y.
Jeon
,
S.-M.
Jung
,
H.-J.
Choi
,
J.-M.
Seo
,
S.-Y.
Bae
,
S.-D.
Sohn
,
N.
Park
,
J. H.
Oh
,
H.-J.
Shin
, and
J.-B.
Baek
,
Nat. Commun.
6
,
6486
(
2015
).
6.
R.
Zhang
,
B.
Li
, and
J.
Yang
,
Nanoscale
7
,
14062
(
2015
).
7.
R.
Zhang
and
J.
Yang
, e-print arXiv:1505.02768.
8.
B.
Xu
,
H.
Xiang
,
Q.
Wei
,
J. Q.
Liu
,
Y. D.
Xia
,
J.
Yin
, and
Z. G.
Liu
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
17
,
15115
(
2015
).
9.
G.
Brunetto
,
P. A. S.
Autreto
,
L. D.
Machado
,
B. I.
Santos
,
R. P. B.
dos Santos
, and
D. S.
Galvao
,
J. Phys. Chem. C
116
,
12810
(
2012
).
10.
E.
Perim
,
R.
Paupitz
,
P. A. S.
Autreto
, and
D. S.
Galvao
,
J. Phys. Chem. C
118
,
23670
(
2014
).
11.
K. S.
Kim
,
Y.
Zhao
,
H.
Jang
,
S. Y.
Lee
,
J. M.
Kim
,
K. S.
Kim
,
J.-H.
Ahn
,
P.
Kim
,
J.-Y.
Choi
, and
B. H.
Hong
,
Nature
457
,
706
(
2009
).
12.
C.
Lee
,
X.
Wei
,
J. W.
Kysar
, and
J.
Hone
,
Science
321
,
385
(
2008
).
13.
A.
Castellanos-Gomez
,
M.
Poot
,
G. A.
Steele
,
H. S.
van der Zant
,
N.
Agrait
, and
G.
Rubio-Bollinger
,
Nanoscale Res. Lett.
7
,
233
(
2012
).
14.
S.
Bertolazzi
,
J.
Brivio
, and
A.
Kis
,
ACS Nano
5
,
9703
(
2011
).
15.
X.
Peng
,
Q.
Wei
, and
A.
Copple
,
Phys. Rev. B
90
,
085402
(
2014
).
16.
N.
Levy
,
S. A.
Burke
,
K. L.
Meaker
,
M.
Panlasigui
,
A.
Zettl
,
F.
Guinea
,
A. H.
Castro Neto
, and
M. F.
Crommie
,
Science
329
,
544
(
2010
).
17.
F.
Guinea
,
M. I.
Katsnelson
, and
A. K.
Geim
,
Nat. Phys.
6
,
30
(
2010
).
18.
J.
Feng
,
X.
Qian
,
C.-W.
Huang
, and
J.
Li
,
Nat. Photonics
6
,
866
(
2012
).
19.
Q. Y.
Zhang
,
Y. C.
Cheng
,
L. Y.
Gan
, and
U.
Schwingenschlögl
,
Phys. Rev. B
88
,
245447
(
2013
).
20.
A. S.
Rodin
,
A.
Carvalho
, and
A. H.
Castro Neto
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
176801
(
2014
).
21.
R.
Fei
and
L.
Yang
,
Nano Lett.
14
,
2884
(
2014
).
22.
G.
Kresse
and
J.
Furthmuller
,
Phys. Rev. B
54
,
11169
(
1996
).
23.
G.
Kresse
and
J.
Furthmuller
,
Comput. Mater. Sci.
6
,
15
(
1996
).
24.
P. E.
Blochl
,
Phys. Rev. B
50
,
17953
(
1994
).
25.
G.
Kresse
and
D.
Joubert
,
Phys. Rev. B
59
,
1758
(
1999
).
26.
J. P.
Perdew
,
K.
Burke
, and
M.
Ernzerhof
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3865
(
1996
).
27.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
118
,
8207
(
2003
).
28.
J.
Heyd
,
G. E.
Scuseria
, and
M.
Ernzerhof
,
J. Chem. Phys.
124
,
219906
(
2006
).
29.
D.
Roundy
and
M. L.
Cohen
,
Phys. Rev. B
64
,
212103
(
2001
).
30.
W.
Luo
,
D.
Roundy
,
M. L.
Cohen
, and
J. W.
Morris
, Jr.
,
Phys. Rev. B
66
,
094110
(
2002
).
31.
J.
Wu
,
B.
Wang
,
Y.
Wei
,
R.
Yang
, and
M.
Dresselhaus
,
Mater. Res. Lett.
1
,
200
(
2013
).
32.
G.
Wang
,
M.
Si
,
A.
Kumar
, and
R.
Pandey
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
213107
(
2014
).
33.
Q.
Peng
and
S.
De
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
15
,
19427
(
2013
).
34.
M.
Topsakal
,
S.
Cahangirov
, and
S.
Ciraci
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
091912
(
2010
).
35.
G.
Gui
,
J.
Li
, and
J.
Zhong
,
Phys. Rev. B
78
,
075435
(
2008
).
36.
Y. C.
Cheng
,
Z. Y.
Zhu
,
G. S.
Huang
, and
U.
Schwingenschlögl
,
Phys. Rev. B
83
,
115449
(
2011
).
37.
D.
Cahen
and
A.
Kahn
,
Adv. Mater.
15
,
271
(
2003
).
38.
R. R.
Nair
,
P.
Blake
,
A. N.
Grigorenko
,
K. S.
Novoselov
,
T. J.
Booth
,
T.
Stauber
,
N. M. R.
Peres
, and
A. K.
Geim
,
Science
320
,
1308
(
2008
).
39.
K. F.
Mak
,
C.
Lee
,
J.
Hone
,
J.
Shan
, and
T. F.
Heinz
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
136805
(
2010
).
40.
Q. H.
Wang
,
K.
Kalantar-Zadeh
,
A.
Kis
,
J. N.
Coleman
, and
M. S.
Strano
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
699
(
2012
).
41.
J.
Qiao
,
X.
Kong
,
Z.-X.
Hu
,
F.
Yang
, and
W.
Ji
,
Nat. Commun.
5
,
4475
(
2014
).
You do not currently have access to this content.