基于ZnS二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其量子性能調(diào)控的研究.pdf

1、本文基于密度泛函理論第一性原理，在廣義梯度近似(GGA)下應(yīng)用VASP軟件進(jìn)行計(jì)算，主要研究了二維ZnS納米面的電子性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用密度泛函理論研究二維ZnS納米面的電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)。在PBE-GGA中進(jìn)行計(jì)算。二維ZnS的電子性質(zhì)是通過(guò)能帶結(jié)構(gòu)和狀態(tài)密度得出的。通過(guò)研究介電函數(shù)，吸收指數(shù)，反射率，折射率和電子損失函數(shù)來(lái)確定光學(xué)性質(zhì)。介電函數(shù)的深入研究已經(jīng)完成，確定了峰和過(guò)渡帶。電子損失函數(shù)表明，

2、在PBE-GGA中，2D-ZnS的等離子體激發(fā)頻率在11.22eV處產(chǎn)生。⑵計(jì)算了Ⅴ、Ⅵ族原子(N、P、As、Sb、O、Se、Te)摻雜二維ZnS納米面的電子結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本征ZnS納米面結(jié)構(gòu)是沒(méi)有磁性的，而且是帶隙大小為2.733eV的寬帶隙直接帶隙半導(dǎo)體材料。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Ⅴ族原子(N、P、As、Sb)摻雜ZnS后，使單層ZnS產(chǎn)生自旋極化，從而產(chǎn)生磁性，而Ⅵ族原子(O、Se、Te)摻雜則不會(huì)使單層ZnS結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磁性。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)

3、現(xiàn)Ⅴ、Ⅵ族原子摻雜ZnS后體系依舊可以保持直接導(dǎo)體半導(dǎo)體特性。同時(shí)對(duì)二維ZnS納米面進(jìn)行3d過(guò)渡金屬原子吸附的相關(guān)計(jì)算，研究其電子性質(zhì)和磁性等相關(guān)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，ZnS薄膜中S原子正上方的吸附位置體系的能量是最低的。Ni原子吸附的情況下，Ni原子與ZnS薄膜形成了共價(jià)鍵，屬于化學(xué)吸附;而對(duì)于Mn原子與Fe原子吸附的情況，并沒(méi)有與ZnS薄膜成鍵，屬于物理吸附。接下來(lái)進(jìn)一步計(jì)算了三種吸附原子體系的電子性質(zhì)以及能帶結(jié)構(gòu)，通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，Mn原子

4、吸附的體系是一個(gè)磁性半導(dǎo)體，磁矩為4μ; Fe原子吸附的體系是一個(gè)半金屬性質(zhì)，磁矩為5μ;而對(duì)于由Ni原子吸附的體系，由于Ni原子與ZnS薄膜成鍵，因此體系呈現(xiàn)一個(gè)無(wú)磁的半導(dǎo)體性質(zhì)，帶隙為0.667eV。⑶通過(guò)第一性原理計(jì)算，對(duì)二維ZnS結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全氫化，并且研究了雙面氫化和單面氫化兩種方式。通過(guò)計(jì)算形成能，我們發(fā)現(xiàn)雙面氫化的ZnS結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，兩者基態(tài)時(shí)都表現(xiàn)為間接帶隙半導(dǎo)體，進(jìn)一步研究表明，在施加雙軸應(yīng)力以后，能帶在壓縮應(yīng)力下會(huì)變?yōu)?/p>

5、直接帶隙。⑷基于第一性原理研究了硫化鋅/硅(111)異質(zhì)結(jié)的幾何和電子性質(zhì)。在兩種構(gòu)型中，硫化鋅薄膜與硅(111)襯底之間的相互作用為范德華力。異質(zhì)結(jié)的帶隙處于兩者之間，且主要來(lái)源于硅(111)襯底。除此之外，異質(zhì)結(jié)的帶隙可以很好的通過(guò)應(yīng)力和層間距進(jìn)行調(diào)控，并且可以實(shí)現(xiàn)間接帶隙向直接帶隙的轉(zhuǎn)變，確保了它可以在光學(xué)器件中得到應(yīng)用。⑸提出用氰基(-CN)化學(xué)吸附單層As薄膜(AsCN)。通過(guò)用OFE激活砷烯的px和Py軌道，用氰基裝飾的單層