硅基納米異質(zhì)結(jié)生長機理及其電磁性質(zhì)調(diào)控.pdf

1、本文利用密度泛函理論的第一性原理計算方法，主要對硅基納米異質(zhì)結(jié)生長機理及其電磁性質(zhì)調(diào)控進行相關(guān)研究。
　　首先，本文基于第一性原理深入探討了硅烯/硅烷，硅烯/鍺烷的界面生長和電子特性。通過異質(zhì)結(jié)層間結(jié)合能的計算，我們所建構(gòu)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)型的層間結(jié)合能在-50～-70 meV/atom之間，表明上述構(gòu)建的結(jié)構(gòu)均為范德華作用力異質(zhì)結(jié)。通過能帶計算，基于硅烯和襯底之間由于在位能的不同誘使對稱性破缺，使得異質(zhì)結(jié)的能帶均打開了帶隙，且能保持線性

2、能帶色散關(guān)系。我們通過能帶工程進行了層間距和雙軸應(yīng)力的調(diào)控，異質(zhì)結(jié)的帶隙呈現(xiàn)打開和閉合的邏輯電路關(guān)系。綜上所述，硅烯/硅烷，硅烯/鍺烷異質(zhì)結(jié)的設(shè)計將為未來高效的場效應(yīng)晶體管的應(yīng)用提供一條嶄新的思路。
　　接下來，對鍺烯/鍺烷異質(zhì)結(jié)的幾何參數(shù)和電子特性進行研究。通過計算我們分析出鍺烯在鍺烷襯底上生長保留了鍺烯的線性狄拉克錐的特性同時打開了帶隙。值得注意的是，我們通過施加電場和雙軸應(yīng)力實現(xiàn)了異質(zhì)結(jié)的帶隙調(diào)控，同時該異質(zhì)結(jié)也保持著低電子

3、有效質(zhì)量和高載流子遷移率的特性，為鍺基微電子器件的研究應(yīng)用打下堅實的基礎(chǔ)。
　　拓撲絕緣體材料現(xiàn)已成為凝聚態(tài)物理研究的重要領(lǐng)域。拓撲絕緣體材料具有受時間反演對稱性保護的邊緣態(tài)以及體態(tài)為絕緣態(tài)。然而該領(lǐng)域所研究的結(jié)果中出現(xiàn)了制約該種材料實現(xiàn)應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸是很難找到寬帶隙的拓撲絕緣體材料。我們利用密度泛函理論，首創(chuàng)性提出用有機官能團分子乙炔基及其鹵族衍生物修飾錫烯的拓撲絕緣體材料，即SnC2X(X=H, F, Cl, Br, I)，發(fā)

4、現(xiàn)他們呈現(xiàn)寬體態(tài)帶隙的量子自旋霍爾效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)， SnC2Cl，SnC2Br，SnC2I三種結(jié)構(gòu)的為本征拓撲絕緣態(tài)，同時體態(tài)帶隙為0.2 eV；剩下的SnC2H，SnC2F兩種結(jié)構(gòu)，在施加雙軸拉伸應(yīng)力的情況下，能夠呈現(xiàn)拓撲相的轉(zhuǎn)變。同時，上述結(jié)構(gòu)具有無能隙的螺旋邊緣態(tài)，呈現(xiàn)出無能量耗散的導電通道，得到的拓撲不變量 Z2=1也證明了自身具有拓撲態(tài)的特性。所研究的結(jié)構(gòu)能夠在寬帶隙 BN襯底材料依然具有拓撲特性。這些研究發(fā)現(xiàn)為新型二維拓撲絕

5、緣體的研究起到推動作用。
　　最后，III-V族化合物在自旋電子學領(lǐng)域和量子計算領(lǐng)域具有非常重要的研究價值。利用量子自旋霍爾效應(yīng)實現(xiàn)無能耗導電通道的電子輸運成為我們找尋二維寬帶隙拓撲非平庸態(tài) III-V族化合物關(guān)鍵所在。我們基于第一性原理理論預(yù)測了一系列功能化修飾銻化鉈材料(TlSbX2;(X=H, F, Cl, Br, I))，這些材料是具有寬帶隙(0.22～0.40eV)的量子自旋霍爾效應(yīng)絕緣體。這些材料的拓撲非平庸態(tài)是基于