空位缺陷磷烯的電子結(jié)構(gòu)及磁性研究：雙軸應變的調(diào)制作用.pdf

1、2014年，Wanglin Lu,Haiyan Nan等人利用微機械剝離和等離子體減薄的方法制備出黑磷的單層結(jié)構(gòu)--磷烯，它是除了石墨烯外的又一種由單類主族原子構(gòu)成的二維材料。磷烯具有非常優(yōu)異的光、電、磁學等物理性質(zhì)，特別是，磷烯在保持了極高的載流子遷移率(1000 cm2V-1s-1)的同時具有天然的直接帶隙，使其在 PN結(jié)、太陽能電池和場效應晶體管(FET)等各種電子器件領域展現(xiàn)出巨大的潛在應用前景。
　　基于磷烯在電子器件領

2、域?qū)嶋H應用中的需求，對其電子性質(zhì)的可控調(diào)制尤為重要。磷烯優(yōu)異的機械性能為其電子性質(zhì)的調(diào)制提供了便利。研究表明磷烯的能帶結(jié)構(gòu)能夠通過應變實現(xiàn)有效的調(diào)制。同時，在制備和轉(zhuǎn)移過程中會不可避免引入機械應變和缺陷。應變和缺陷都會影響到其材料的電子性質(zhì)。在本文中我們采用基于密度泛函理論的第一性原理方法研究雙軸應變對缺陷磷烯的電子結(jié)構(gòu)和磁性的調(diào)制規(guī)律。
　　首先，我們研究了應變對含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV410

3、4、DVa)的磷烯結(jié)構(gòu)電子結(jié)構(gòu)調(diào)制。我們發(fā)現(xiàn)磷烯的單/雙空位會在帶隙內(nèi)引入缺陷帶，引起半導體的摻雜效應，同時，應變能夠調(diào)制這種特性。雙軸拉伸時：帶隙先增大后減小,但應變對SV956磷烯的帶隙影響不大。在拉伸應變條件下，導帶邊緣的能帶進入帶隙，形成了缺陷帶，并隨著應變的增大向價帶移動。雙軸壓縮時：帶隙單調(diào)降低。對于單空位磷烯來講，帶隙內(nèi)的缺陷帶具有很強的局域性，并隨著應變的增大其有向?qū)б苿拥内厔?；對于雙空位磷烯而言，缺陷帶分布在導帶邊緣

4、，并且隨著應變逐漸向?qū)?nèi)部移動。
　　其次，我們進一步研究了應變對含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV4104、DVa)的磷烯結(jié)構(gòu)的磁態(tài)調(diào)制，研究表明：雙軸應變對缺陷磷烯的磁矩具有重要的調(diào)制作用：自然狀態(tài)下，只有 SV956擁有磁矩，主要由缺陷附近的Jahn-Teller畸變引起的懸掛鍵貢獻，應變能夠調(diào)制 SV956的磁矩；無磁矩的SV5566和DVa在應變調(diào)制下會產(chǎn)生磁矩，磁矩也主要是由缺陷附近的懸掛鍵