新型二維材料電子結構的調控研究.pdf

1、納米電子器件已經成為當今社會不可缺少的一部分。納米電子器件的發(fā)展直接影響著人們生活水平的高低。為此，人們希望設計出更加小型化、便捷化、集成化、功能化的納米電子器件。眾所周知，納米電子器件由納米材料制作而成。因此，納米材料特性的好壞將直接決定納米電子器件性能的好壞。本文通過第一性原理計算對一些新型的二維納米材料的特性進行調控研究，希望找到調節(jié)二維納米材料的內在機制，得出普適性的規(guī)律。我們相信，這些研究將有效的改善二維納米材料的特性，為最終

2、提高二維納米電子器件的性能起到一定的作用。主要的結論如下：
　　1.系統的研究了硅（Si）替位在石墨烯（graphene）中的結構和電子性質。研究發(fā)現，Si替位將破壞graphene的對稱性并形成含有一定離子成分的C-Si鍵，從而最終影響graphene的帶隙。Graphene的帶隙將隨著Si濃度的增加而增加，從而實現了對于graphene帶隙的調控目的。利用graphene帶隙的有效變化，我們從理論上設計了一種量子阱裝置。如果S

3、i在graphene中的替位區(qū)域足夠大，這個量子阱裝置將變得十分的穩(wěn)定。穩(wěn)定的量子阱裝置將在光散射方面發(fā)揮一定的應用。
　　2.系統的研究了金屬原子替位在氮化硼（BN）中的結構和電子性質。研究發(fā)現，替位的幾何結構和穩(wěn)定性與替位原子的種類和替位類型有著密切的關系。金屬原子替位可以使BN表現出許多不同的物理現象。金屬原子替位不但可以使BN產生磁性，而且還可以改變BN的帶隙。因此，我們可以通過替位不同的金屬原子對于BN的電子結構進行調控

4、，使BN在磁性和其它新的領域得到應用。
　　3.系統的研究了各種空位缺陷在硫化鉬（MoS2）中的結構和電子性質。研究發(fā)現，鋸齒形空位簇可以有效的引入和調控MoS2的磁性態(tài)。其中，三角形鋸齒空位簇使MoS2表現出鐵磁性的特征，矩形和環(huán)形鋸齒空位簇使MoS2表現出反鐵磁性的特征。值得注意的是，我們可以通過調節(jié)空位簇的構型、空位簇的間距以及空位簇的尺寸有效的調控MoS2磁矩的大小、磁性態(tài)以及磁性態(tài)的穩(wěn)定能力。這些研究將使MoS2在磁性相

5、關的領域得到一定的應用。
　　4.系統的研究了各種空位缺陷在類石墨烯鍺烷（germanane）中的幾何結構和電子性質。研究得到了兩個主要結論。第一，氫（H）空位簇可以有效的引入和調控germanane的磁性態(tài)。Germanane的磁矩將隨著H空位簇尺寸的增大而增大。磁性態(tài)的有效控制為germanane在磁性領域方面的應用起到了一定的作用。第二，H空位簇還可以有效的控制germanane的電荷分布。電荷分布的有效控制為germana

6、ne在光電子器件方面的應用起到了一定的作用。
　　5.系統的研究了graphene在氧化鋅（ZnO）基底上的幾何結構和電子性質。研究發(fā)現，grapnene和ZnO之間存在著弱的相互作用，這種弱的相互作用也將破壞graphene的對稱性，從而使graphene產生微弱的帶隙。當graphene和ZnO之間的距離變小時，不但graphene的帶隙開始增大，而且graphene的電子有效質量也開始增大。因此，基于這兩個變化，我們認為，g

7、raphene的電子有效質量和帶隙之間存在著一種補償關系。令人慶幸的是，通過擬合，計算得到的graphene在ZnO表面的電子遷移速率依然非常的高。所以，較高的電子遷移速率和一定的帶隙使graphene成為了理想的晶體管材料。
　　6.系統的研究了BN在Co（111）基底上的幾何結構和電子性質。研究發(fā)現，BN和Co（111）基底存在著一定的相互作用，這種相互作用將使BN產生一定的磁性。進一步研究表明，BN的磁性主要來于費米線處的σ