【摘要】：受實驗上層狀GaGeTe材料成功制備的啟發(fā),通過第一性原理計算探索了單層和多層GaGeTe材料的晶體結構和電子性質。單層GaGeTe薄膜具有良好的動力學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。當材料從塊體變成多層時,GaGeTe實現(xiàn)了從金屬態(tài)到半導態(tài)的過渡,其帶隙范圍為0~0.74eV。此外,單層GaGeTe材料的間接帶隙可以通過施加應力來進行有效的調節(jié),帶隙隨著拉伸應力的變大而逐漸減小,在2.0%的壓縮應變下其帶隙變?yōu)橹苯訋丁螌覩aGeTe材料電子的遷移率沿著Zigzag和Armchair方向具有各向異性,而前者的最大值可以達到7.83×10~4cm~2V~(-1)s~(-1)。這為其在電極材料和半導體器件中的應用提供了巨大的潛力,擴展了其在二維納米電子學中的潛在應用�？紤]到單層GaGeTe和鍺烯材料均具有較高的載流子遷移率,因此繼續(xù)研究了Ge@GaGeTe異質結的物理性質。在此,根據(jù)襯底與薄膜的相對位置共設計了三種Ge@GaGeTe異質結構型。通過第一性原理計算,研究發(fā)現(xiàn)GaGeTe薄膜是鍺烯沉積的一種理想襯底,且三種構型均表現(xiàn)出了半導體性質。Ge@GaGeTe異質結具有較高的載流子遷移率(9.7×10~3 cm~2V~(-1)s~(-1)),其能帶結構可以通過施加外電場和應力工程來進行靈活的調控。因此,Ge@GaGeTe異質結可以用于設計場效應晶體管數(shù)據(jù)存儲器,為新型納米電子器件提供了新的思路。另一方面,基于緊束縛模型和密度泛函理論,對二維六角m-Tl薄膜的幾何結構、能帶結構和拓撲性質進行了研究。m-Tl薄膜中所有Tl原子均處于同一平面。能帶分析表明在費米能級附近存在一個狄拉克拓撲節(jié)環(huán),主要來源于Tl原子的p_(x,y)軌道與p_z軌道交叉。當考慮自旋軌道耦合后,拓撲節(jié)環(huán)處會打開0.168eV的帶隙。對m-Tl薄膜施加拉伸應力后,其出現(xiàn)從平庸態(tài)到非平庸態(tài)的轉變。該拓撲性質可以通過對材料的貝里曲率、邊緣態(tài)以及Z_2不變量來進一步證實。通過緊束縛模型,揭示了材料的拓撲性起源。二維m-Tl薄膜拓寬了二維拓撲絕緣體的范圍,為二維拓撲材料的設計提供了一個良好的平臺。
【學位授予單位】：濟南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O413;TB383.2
【圖文】：

二維 GaGeTe 薄膜設計及其量子性質調控科學技術的不斷進步，在薄膜材料這十幾年的發(fā)展中，已經(jīng)報道了各實際應用意義的新型二維材料[34-36]。繼十幾年前利用機械剝離法獲得、單層二硫化鉬材料、鍺烯、二維金屬化合物、二維氮化硼材料，甚材料等相繼在實驗上人工合成制備。在成功制備出石墨烯之后，人們他的二維材料，首先研究人員在金屬襯底上成功制備出了硅烯。制備結構與平面六角蜂窩狀石墨烯的晶體結構不相同，它們兩者在能帶圖也不一樣。另外石墨烯與鍺烯相對比，平面六角蜂窩狀結構的鍺烯在它具有一定的褶皺高度。正因為鍺烯有褶皺的存在，使鍺烯的晶體結 1-1 中是目前已經(jīng)成功制備合成的幾種典型二維薄膜材料結構示意圖觀的看出這幾種典型二維材料的晶體結構特點和差異。

濟南大學碩士學位論文第三章 二維 GaGeTe 薄膜材料的電子性質研究本章節(jié)的內容受實驗上成功合成的三維層狀 GaGeTe晶體的啟發(fā)，從理論層面出發(fā)，首先研究了 GaGeTe 材料的晶體結構和能帶性質，其次探索了單層以及多層 GaGeTe 材料的電子性質與能帶帶隙的變化規(guī)律。本章著重研究了單層 GaGeTe 薄膜在外加應力作用下帶隙的變化規(guī)律、光學性質以及載流子遷移率。結果表明二維 GaGeTe 薄膜是制作納米電子器件的重要候選材料。3.1 GaGeTe 薄膜的結構和能帶性質研究

16-2 (a-f)分別為由 PBE 方法計算獲得的 GaGeTe 單層到六層的能帶結構圖；(g)圖為由 PBE 方HSE06 方法獲得的帶隙與層數(shù)的關系圖。依托于實驗上取得的進展，單層的 GaGeTe薄膜極有可能從其三維結構中剝離從理論角度研究了單層 GaGeTe 薄膜的性質。結果表明該單層薄膜六元層的排 Te-Ga-Ge-Ge-Ga-Te，可以理解為該薄膜中間的鍺烯與兩層 GaTe 原子層緊密維薄膜，如圖 3-1(c,d)所示。從側視圖可知，鍺原子位于材料的核心位置，由上下對稱依次連接 Ga 原子和 Te 原子。計算時平面波的截斷能設置為 550eV，度為 10-6eV，第一布里淵區(qū)內 K 點取為 15 15 1，結構的真空層為 30 。eTe 薄膜的晶格常數(shù)為 4.15 ，與三維塊狀 GaGeTe 的晶格常數(shù)相對比擴大了 1果主要是由于單層 GaGeTe材料中間位置鍺烯的褶皺高度相對于三維塊體中的

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本文編號：2781165