二維超晶格光學性質的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯（Graphene）自從被成功制備出以來，因為其擁有優(yōu)越的性能和廣闊的應用前景從而引起了廣泛的研究，為了更好地拓展石墨烯的應用，在室溫下調控石墨烯的帶隙是非常必要的。石墨烷和單層的氮化硼（BN）與石墨烯有著相似的晶格常數，他們都是寬帶隙的半導體，當他們與石墨烯構成的復合系統(tǒng)如石墨烯/石墨烷超晶格（GG’SLs）和石墨烯/BN超晶格(GBNSLS)都可以有效的調控體系的帶隙。制備混合體系超晶格是一種非常有效的方法調控本征石墨烯的光電

2、子性質，為了進一步拓展該類材料的應用，本文系統(tǒng)的考察了鋸齒形GG’SLs和GBNSLS的光學特征及在該系統(tǒng)中表現出的光學各向異性，并取得了以下幾個結論：
　?。?）吉布斯自由能的計算結果顯示隨著超晶格寬度的增加，吉布斯自由能在降低，結構越來越穩(wěn)定，對于固定整個超晶格寬度為14條鏈的情況，我們發(fā)現隨著石墨烷的寬度增加越結構變得更加穩(wěn)定。GG’SLs超晶格結構，光學介電常數結果顯示：在高能量窗口，在E//Z這個方向有兩個非常明顯的峰值

3、，分別在7.0 eV和13.0 eV附近對應著σ-π*的躍遷，在E//X和E//Y兩個方向都有一個明顯的峰值出現在大約11.0 eV附近對應于σ-σ*的躍遷，隨著超晶格寬度的增加以上所有的峰值都慢慢往低能量方向移動。在低能量窗口，在E//X和E//Y兩個方向有很明顯的光學各項異性，對于E//X和E//Y這個兩個方向的全部峰值都對應著π-π*躍遷。在介電常數的基礎上用一個單位的入射光子能量通過經典的電磁波理論，計算得到了所有GG’SLs超

4、晶格的吸收率、透射率、反射率以及極化率，結果表明，在低能量窗口表現出了兩步吸收，首先出現X方向的吸收，隨后再出現Y反向的吸收，對于所有的超晶格系統(tǒng)，吸收在兩個方向上都比較弱，低于3％。對于所有的超晶格結構透射非常的強，基本都超過了95％，透射極化率都低于1％。雖然對所有的超晶格系統(tǒng)反射非常的低，大概在1％左右，但是非常有趣的是反射極化率非常的高，超過了80％，甚至達到了100％，該結果表明該類超晶格是制備高極化弱光子源的優(yōu)選材料。

5、>　?。?）我們計算了石墨烯和氮化硼超晶格（GBNSLs）系統(tǒng)的吉布斯自由能，能帶和分態(tài)密度等電子結構性質。從吉布斯自由能結果來看除了1Gr-1BN，1Gr-1BN-1Gr-1NB的吉布斯自由能相對較大，隨著超晶格寬度的增加吉布斯自由能在降低，且非對稱體系的吉布斯自由能比對稱系統(tǒng)的要低。能帶結果顯示，所有超晶格的帶隙都低于1.60eV。對所有的GBNSLs結構，我們計算的光學介電常數結果表明，無論在E//X(E//Y)和E//Z，還是E

6、//X和E//Y都表現出了很明顯的光學各項異性。對擁有對稱結構的iGr–jBN-iGr-jNB體系，當石墨烯和BN的寬度為奇數和偶數時，它們的光學性質是完全不同的。在高能量窗口，E//Z這個方向有兩個明顯的峰值位對應著σ-π*的躍遷。在E//X和 E//Y兩個方向一個明顯的峰，對應著σ-σ*躍遷。在低能量窗口，所有的峰值對應著π-π*的躍遷。當一個單位的入射光子垂直于CBNSLs平面時，在低能量窗口區(qū)間吸收在X和Y兩個方向是不同的，尤其