新型二維材料電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究.pdf

1、納米電子器件已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的一部分。納米電子器件的發(fā)展直接影響著人們生活水平的高低。為此，人們希望設(shè)計(jì)出更加小型化、便捷化、集成化、功能化的納米電子器件。眾所周知，納米電子器件由納米材料制作而成。因此，納米材料特性的好壞將直接決定納米電子器件性能的好壞。本文通過第一性原理計(jì)算對(duì)一些新型的二維納米材料的特性進(jìn)行調(diào)控研究，希望找到調(diào)節(jié)二維納米材料的內(nèi)在機(jī)制，得出普適性的規(guī)律。我們相信，這些研究將有效的改善二維納米材料的特性，為最終

2、提高二維納米電子器件的性能起到一定的作用。主要的結(jié)論如下：
　　1.系統(tǒng)的研究了硅（Si）替位在石墨烯（graphene）中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，Si替位將破壞graphene的對(duì)稱性并形成含有一定離子成分的C-Si鍵，從而最終影響graphene的帶隙。Graphene的帶隙將隨著Si濃度的增加而增加，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于graphene帶隙的調(diào)控目的。利用graphene帶隙的有效變化，我們從理論上設(shè)計(jì)了一種量子阱裝置。如果S

3、i在graphene中的替位區(qū)域足夠大，這個(gè)量子阱裝置將變得十分的穩(wěn)定。穩(wěn)定的量子阱裝置將在光散射方面發(fā)揮一定的應(yīng)用。
　　2.系統(tǒng)的研究了金屬原子替位在氮化硼（BN）中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，替位的幾何結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與替位原子的種類和替位類型有著密切的關(guān)系。金屬原子替位可以使BN表現(xiàn)出許多不同的物理現(xiàn)象。金屬原子替位不但可以使BN產(chǎn)生磁性，而且還可以改變BN的帶隙。因此，我們可以通過替位不同的金屬原子對(duì)于BN的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控

4、，使BN在磁性和其它新的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
　　3.系統(tǒng)的研究了各種空位缺陷在硫化鉬（MoS2）中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，鋸齒形空位簇可以有效的引入和調(diào)控MoS2的磁性態(tài)。其中，三角形鋸齒空位簇使MoS2表現(xiàn)出鐵磁性的特征，矩形和環(huán)形鋸齒空位簇使MoS2表現(xiàn)出反鐵磁性的特征。值得注意的是，我們可以通過調(diào)節(jié)空位簇的構(gòu)型、空位簇的間距以及空位簇的尺寸有效的調(diào)控MoS2磁矩的大小、磁性態(tài)以及磁性態(tài)的穩(wěn)定能力。這些研究將使MoS2在磁性相

5、關(guān)的領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。
　　4.系統(tǒng)的研究了各種空位缺陷在類石墨烯鍺烷（germanane）中的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究得到了兩個(gè)主要結(jié)論。第一，氫（H）空位簇可以有效的引入和調(diào)控germanane的磁性態(tài)。Germanane的磁矩將隨著H空位簇尺寸的增大而增大。磁性態(tài)的有效控制為germanane在磁性領(lǐng)域方面的應(yīng)用起到了一定的作用。第二，H空位簇還可以有效的控制germanane的電荷分布。電荷分布的有效控制為germana

6、ne在光電子器件方面的應(yīng)用起到了一定的作用。
　　5.系統(tǒng)的研究了graphene在氧化鋅（ZnO）基底上的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，grapnene和ZnO之間存在著弱的相互作用，這種弱的相互作用也將破壞graphene的對(duì)稱性，從而使graphene產(chǎn)生微弱的帶隙。當(dāng)graphene和ZnO之間的距離變小時(shí)，不但graphene的帶隙開始增大，而且graphene的電子有效質(zhì)量也開始增大。因此，基于這兩個(gè)變化，我們認(rèn)為，g

7、raphene的電子有效質(zhì)量和帶隙之間存在著一種補(bǔ)償關(guān)系。令人慶幸的是，通過擬合，計(jì)算得到的graphene在ZnO表面的電子遷移速率依然非常的高。所以，較高的電子遷移速率和一定的帶隙使graphene成為了理想的晶體管材料。
　　6.系統(tǒng)的研究了BN在Co（111）基底上的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，BN和Co（111）基底存在著一定的相互作用，這種相互作用將使BN產(chǎn)生一定的磁性。進(jìn)一步研究表明，BN的磁性主要來于費(fèi)米線處的σ