Boron (B) termination plays an important role in determining the surface properties of the diamond (100) surface. A recent study [J. Mater. Chem. C, 2019, 7, 9756] reported a stable surface structure with one B atom per carbon atom based on high-symmetry adsorption sites having a negative electron affinity (EA) property. In this work, using the global structure prediction method and first-principle calculations, four kinds of B-diamond (100) surfaces with 0.5 monolayers (0.5 ML, one B atom per two carbon atoms), and 1 ML-α, 1 ML-β, and 1 ML-γ (one B atom per carbon atom with three types of configurations known as α, β, and γ) coverages obtained are dynamically and thermally stable. The calculations reveal that B termination effectively modulates the EA of the diamond (100) surface. The 0.5 ML coverage has a small positive EA of 0.24 eV, while the latter three 1 ML coverages with different configurations possess the negative EA of -1.27, -1.25, and -0.76 eV, respectively, due to the difference in charge accumulation and surface dipole moment. Moreover, the B-related surface states are introduced into the bandgap of the bulk diamond, and the band dispersions of the surface states are small (large) in 0.5 ML and 1 ML-γ (1 ML-α and 1 ML-β) as a consequence of the different arrangements of B atoms and the bond lengths between B atoms on the surface. Our finding provides theoretical guidance for the design and fabrication of B-diamond-based electronic devices.

中文翻译：

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硼封端的金刚石（100）表面具有良好的结构和电子性能。

硼（B）终止在确定金刚石（100）表面的表面性能中起重要作用。最近的研究[J. 母校 化学 C，2019，7，9756]报道了基于具有负电子亲和力（EA）性质的高对称吸附位，每个碳原子具有一个B原子的稳定表面结构。在这项工作中，使用整体结构预测方法和第一性原理计算，四种具有0.5个单层（0.5 ML，两个碳原子一个B原子）和1ML-α，1 ML的B金刚石（100）表面-β和1ML-γ（每个碳原子一个B原子，具有三种配置，称为α，β和γ）的覆盖范围是动态和热稳定的。计算表明，B端接有效地调节了金刚石（100）表面的EA。0.5 ML的覆盖范围具有0.24 eV的小正EA，而后三个具有不同配置的1 ML覆盖区由于电荷累积和表面偶极矩的不同而分别具有-1.27，-1.25和-0.76 eV的负EA。此外，将B相关的表面状态引入到块状金刚石的带隙中，并且在0.5 ML和1ML-γ（1ML-α和1ML-β）中，表面状态的带状色散较小（较大）。由于B原子排列不同以及表面上B原子之间的键长不同。我们的发现为基于B金刚石的电子设备的设计和制造提供了理论指导。B相关的表面态被引入到大块金刚石的带隙中，并且在0.5 ML和1ML-γ（1ML-α和1ML-β）中，表面态的带散很小（很大）。 B原子排列不同以及表面上B原子之间键长不同的结果。我们的发现为基于B金刚石的电子设备的设计和制造提供了理论指导。B相关的表面态被引入到大块金刚石的带隙中，并且在0.5 ML和1ML-γ（1ML-α和1ML-β）中，表面态的带散很小（很大）。 B原子不同排列的结果以及表面上B原子之间的键长。我们的发现为基于B金刚石的电子设备的设计和制造提供了理论指导。