鍺烯電子結(jié)構(gòu)的界面效應(yīng)研究.pdf

1、2004年石墨烯通過機(jī)械剝離法的成功制備，讓人們認(rèn)識到二維材料也可以穩(wěn)定存在于自然界中，這一重大發(fā)現(xiàn)掀起了科研工作者對二維材料的研究熱潮。二維材料奇特的幾何結(jié)構(gòu)和迷人的電子性質(zhì)，使其具有深遠(yuǎn)的應(yīng)用前景和價值。因此，尋求和改良新型的二維材料顯得日益迫切。隨著科技的發(fā)展，人們已不再滿足于從自然界中獲取產(chǎn)物，而是要當(dāng)自然界的締造者，人類文明的進(jìn)步和科學(xué)的發(fā)展則為我們提供了改變?nèi)祟惿姝h(huán)境的技術(shù)支持。隨著材料的復(fù)雜化和第一性原理的精確化，人們采

2、用第一性原理計(jì)算方法，可以成功設(shè)計(jì)新型材料并準(zhǔn)確預(yù)測其物理性能，這為實(shí)驗(yàn)工作者制備新材料提供理論指導(dǎo)和支持。
　　在二維材料中，鍺烯具有較強(qiáng)的自旋軌道耦合效應(yīng)，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅之間良好的兼容性。因此，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域中，鍺烯是比石墨烯更有應(yīng)用前景的二維材料。但是遺憾的是，到目前為止， free-standing鍺烯在實(shí)驗(yàn)上仍不能被成功制備，而是需要依托于襯底的支撐?；诖?，本文研究了金屬襯底材料對鍺烯生長構(gòu)型及其電子性質(zhì)的影響，并設(shè)

3、計(jì)了free-standing鍺烯的制備方案。
　?。?）本文采用第一性原理計(jì)算軟件，探索了鍺烯在Pt（111）、Au（111）和Al（111）襯底上可能存在的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，并研究了這些金屬襯底對鍺烯電子結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明在這些金屬襯底上可能存在9種鍺烯的亞穩(wěn)態(tài)或穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算得到的鍺烯 Al(111)-a、Au(111)-b和Pt(111)-c結(jié)構(gòu)正是實(shí)驗(yàn)中在Al（111）、Au（111）

4、和Pt（111）襯底上制備出來的鍺烯結(jié)構(gòu)。其中，Au(111)-b和Pt(111)-b結(jié)構(gòu)的鍺烯狄拉克電子態(tài)沒有被破壞，仍保留有π電子特性，其余結(jié)構(gòu)則不存在任何狄拉克電子性質(zhì)的特征。
　?。?）利用化學(xué)方法制備鍺烯，使其表面被氫原子鈍化。為了得到free-standing鍺烯，我們設(shè)計(jì)了一種三明治結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)脫去鍺烯表面的氫原子。研究表明，隨著三明治結(jié)構(gòu)層間距的減小，脫氫的勢壘逐漸降低，當(dāng)層間距為4?時，氫原子可以自發(fā)的離開鍺烯表