石墨烯-六角氮化硼能帶的電場(chǎng)調(diào)控及鋸齒型石墨烯納米帶遷移率的第一性原理研究.pdf

1、石墨烯具有優(yōu)異獨(dú)特的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)，在下一代納米電子器件應(yīng)用上具有巨大的前景。最近實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，h-BN是石墨烯的理想襯底，在graphene/h-BN中，石墨烯十分平整電荷分布均勻。這個(gè)體系的一個(gè)明顯特征是二者存在旋轉(zhuǎn)失配，因此有必要研究具有旋轉(zhuǎn)失配的graphene/h-BN的電子能帶，探索在該體系中打開帶隙的方法，為其在納米電子學(xué)中的應(yīng)用提供依據(jù)。石墨烯具有異常高的載流子遷移率，其納米帶作為載流子傳輸通道是石墨烯納米器件中的一個(gè)

2、重要部分。特別地，鋸齒型石墨烯納米條帶具有依賴于邊緣的自旋分布，在自旋電子學(xué)中有著重要應(yīng)用，因此研究鋸齒型石墨烯納米條帶的遷移率具有十分重要的意義。在本論文中，我們基于第一性原理計(jì)算，對(duì)這兩方面內(nèi)容展開研究：
　　一、電場(chǎng)對(duì)Graphene/h-BN能帶的調(diào)控
　　AB堆垛的Graphene/h-BN沒(méi)有旋轉(zhuǎn)失配，具有50meV的帶隙，在電場(chǎng)作用下，帶隙大小可以隨電場(chǎng)大小而改變。我們計(jì)算了具有不同旋轉(zhuǎn)角度（?=21.78o、

3、27.8o、13.1o）的真實(shí)的Graphene/h-BN系統(tǒng)的電子結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)：①具有旋轉(zhuǎn)角度的Graphene/h-BN體系在沒(méi)有外部電場(chǎng)作用時(shí)有一個(gè)極其微小的帶隙，在布里淵區(qū)K點(diǎn)保持了線性色散關(guān)系；②不像 AB堆垛 Graphene/h-BN體系電場(chǎng)可有效調(diào)節(jié)帶隙，具有不同旋轉(zhuǎn)角度的Graphene/h-BN體系的帶隙對(duì)電場(chǎng)不敏感；③具有不同旋轉(zhuǎn)角度Graphene/h-BN體系在吸附氧原子后，會(huì)打開一個(gè)可觀的帶隙，并且在外部垂直電

4、場(chǎng)作用下，可以有效地調(diào)節(jié)帶隙。
　　二、鋸齒型石墨烯納米帶遷移率研究
　　我們采用第一性原理方法計(jì)算了鋸齒型石墨烯納米帶的載流子遷移率。①理想鋸齒型石墨烯納米條帶的載流子遷移率可以達(dá)到103cm2V-1s-1量級(jí)，隨著條帶寬度的增大而增大，且邊緣局域態(tài)遷移率比擴(kuò)展態(tài)的低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，只達(dá)到幾十厘米2/（伏?秒）；②鋸齒型石墨烯納米帶中央吸附氧原子后會(huì)使體系載流子（電子和空穴）遷移率增大，電子遷移率增加了22~198％，空穴的遷