Graphene電子結(jié)構(gòu)應(yīng)變效應(yīng)的第一性原理研究.pdf

1、本文采用緊束縛方法和基于密度泛函理論的第一性原理方法研究了單原子層 graphene 在不同應(yīng)變狀態(tài)下的電子結(jié)構(gòu)，主要分析了三種典型應(yīng)變下的情況：對(duì)稱應(yīng)變，鋸齒方向單軸應(yīng)變，扶手方向單軸應(yīng)變，并得到如下主要的結(jié)論：
　　 1) 在對(duì) graphene 體系外加對(duì)稱應(yīng)變的情況下，態(tài)密度偽帶隙寬度隨應(yīng)變的增大線性減小。而對(duì)于體系的能帶帶隙，當(dāng)外加應(yīng)變小于 30.1％時(shí)，帶隙寬度始終保持不變，體系為 0 帶隙的半金屬；當(dāng)外加應(yīng)變超過(guò)

2、30.1％時(shí)，體系的能帶發(fā)生了較大的形變，能級(jí)在費(fèi)米能級(jí)處出現(xiàn)了交疊，態(tài)密度開(kāi)始大于 0，體系顯現(xiàn)為金屬性。
　　 2) 在沿鋸齒方向的單向拉伸過(guò)程中，graphene 體系的能帶帶隙出現(xiàn)了變化，不再保持為 0。帶隙寬度隨應(yīng)變的增大出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，即體系的帶隙寬度隨應(yīng)變的增大從零開(kāi)始經(jīng)過(guò)三次先增大后減小的波動(dòng)，當(dāng)應(yīng)變?cè)龃蟮?29.2％時(shí)，帶隙重新變?yōu)?0，進(jìn)一步增大應(yīng)變時(shí)，體系表現(xiàn)為金屬性。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，體系的結(jié)構(gòu)隨應(yīng)變的增大由簡(jiǎn)

3、單斜方相向簡(jiǎn)單長(zhǎng)方相轉(zhuǎn)變。當(dāng)應(yīng)變處于 38.9％ 至 68.1％ 范圍內(nèi)時(shí)，體系存在兩種相結(jié)構(gòu)；當(dāng)應(yīng)變大于 68.1％時(shí)，體系只存在簡(jiǎn)單長(zhǎng)方相，即由相互作用的線性 C 單鏈組成的結(jié)構(gòu)。繼續(xù)增大應(yīng)變，單鏈之間的距離逐漸增大，而相互作用逐漸減小，最終體系發(fā)展為縱向孤立的C 單鏈。
　　 3) 在沿扶手方向的單向拉伸過(guò)程中，graphene 體系的能帶帶隙隨拉伸同樣出現(xiàn)了振蕩現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)兩次先增大后減小的波動(dòng)，當(dāng)應(yīng)變?cè)龃蟮?26.2％時(shí)

4、，帶隙消失，體系由半金屬經(jīng)由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為金屬。在整個(gè)應(yīng)變范圍內(nèi)，體系沒(méi)有出現(xiàn)新的相結(jié)構(gòu)，并在大應(yīng)變之下最終發(fā)展為橫向孤立的C 單鏈。
　　 4) 研究了 graphene體系的泊松比，結(jié)果顯示，當(dāng)應(yīng)變小于 1.5％時(shí)，沿鋸齒方向與沿扶手方向的泊松比相等，為 0.1732；進(jìn)一步增大應(yīng)變，兩者的泊松比不相等，沿鋸齒方向的泊松比略大于沿扶手方向的泊松比，這說(shuō)明，graphene體系在小應(yīng)變下表現(xiàn)為各向同性，而在較大應(yīng)變下表現(xiàn)為各向異