空位缺陷磷烯的電子結(jié)構(gòu)及磁性研究：雙軸應(yīng)變的調(diào)制作用.pdf

1、2014年，Wanglin Lu,Haiyan Nan等人利用微機(jī)械剝離和等離子體減薄的方法制備出黑磷的單層結(jié)構(gòu)--磷烯，它是除了石墨烯外的又一種由單類主族原子構(gòu)成的二維材料。磷烯具有非常優(yōu)異的光、電、磁學(xué)等物理性質(zhì)，特別是，磷烯在保持了極高的載流子遷移率(1000 cm2V-1s-1)的同時(shí)具有天然的直接帶隙，使其在 PN結(jié)、太陽(yáng)能電池和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)等各種電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景。
　　基于磷烯在電子器件領(lǐng)

2、域?qū)嶋H應(yīng)用中的需求，對(duì)其電子性質(zhì)的可控調(diào)制尤為重要。磷烯優(yōu)異的機(jī)械性能為其電子性質(zhì)的調(diào)制提供了便利。研究表明磷烯的能帶結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)應(yīng)變實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)制。同時(shí)，在制備和轉(zhuǎn)移過(guò)程中會(huì)不可避免引入機(jī)械應(yīng)變和缺陷。應(yīng)變和缺陷都會(huì)影響到其材料的電子性質(zhì)。在本文中我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷磷烯的電子結(jié)構(gòu)和磁性的調(diào)制規(guī)律。
　　首先，我們研究了應(yīng)變對(duì)含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV410

3、4、DVa)的磷烯結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制。我們發(fā)現(xiàn)磷烯的單/雙空位會(huì)在帶隙內(nèi)引入缺陷帶，引起半導(dǎo)體的摻雜效應(yīng)，同時(shí)，應(yīng)變能夠調(diào)制這種特性。雙軸拉伸時(shí)：帶隙先增大后減小,但應(yīng)變對(duì)SV956磷烯的帶隙影響不大。在拉伸應(yīng)變條件下，導(dǎo)帶邊緣的能帶進(jìn)入帶隙，形成了缺陷帶，并隨著應(yīng)變的增大向價(jià)帶移動(dòng)。雙軸壓縮時(shí)：帶隙單調(diào)降低。對(duì)于單空位磷烯來(lái)講，帶隙內(nèi)的缺陷帶具有很強(qiáng)的局域性，并隨著應(yīng)變的增大其有向?qū)б苿?dòng)的趨勢(shì)；對(duì)于雙空位磷烯而言，缺陷帶分布在導(dǎo)帶邊緣

4、，并且隨著應(yīng)變逐漸向?qū)?nèi)部移動(dòng)。
　　其次，我們進(jìn)一步研究了應(yīng)變對(duì)含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯結(jié)構(gòu)的磁態(tài)調(diào)制，研究表明：雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷磷烯的磁矩具有重要的調(diào)制作用：自然狀態(tài)下，只有 SV956擁有磁矩，主要由缺陷附近的Jahn-Teller畸變引起的懸掛鍵貢獻(xiàn)，應(yīng)變能夠調(diào)制 SV956的磁矩；無(wú)磁矩的SV5566和DVa在應(yīng)變調(diào)制下會(huì)產(chǎn)生磁矩，磁矩也主要是由缺陷附近的懸掛鍵