本文關(guān)鍵詞：空位缺陷磷烯的電子結(jié)構(gòu)及磁性研究：雙軸應(yīng)變的調(diào)制作用

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【摘要】：2014年,Wanglin Lu,Haiyan Nan等人利用微機(jī)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(xué)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 cm2 V-1 s-1)的同時(shí)具有天然的直接帶隙,使其在PN結(jié)、太陽(yáng)能電池和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)等各種電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景�；诹紫┰陔娮悠骷I(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用中的需求,對(duì)其電子性質(zhì)的可控調(diào)制尤為重要。磷烯優(yōu)異的機(jī)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(yīng)變實(shí)現(xiàn)有效的調(diào)制。同時(shí),在制備和轉(zhuǎn)移過程中會(huì)不可避免引入機(jī)械應(yīng)變和缺陷。應(yīng)變和缺陷都會(huì)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(yīng)變對(duì)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(yīng)變對(duì)含有單空位(SV956、SV5566)和雙空位(DVp、DV4104、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(huì)在帶隙內(nèi)引入缺陷帶,引起半導(dǎo)體的摻雜效應(yīng),同時(shí),應(yīng)變能夠調(diào)制這種特性。雙軸拉伸時(shí):帶隙先增大后減小,但應(yīng)變對(duì)SV956磷烯的帶隙影響不大。在拉伸應(yīng)變條件下,導(dǎo)帶邊緣的能帶進(jìn)入帶隙,形成了缺陷帶,并隨著應(yīng)變的增大向價(jià)帶移動(dòng)。雙軸壓縮時(shí):帶隙單調(diào)降低。對(duì)于單空位磷烯來講,帶隙內(nèi)的缺陷帶具有很強(qiáng)的局域性,并隨著應(yīng)變的增大其有向?qū)б苿?dòng)的趨勢(shì);對(duì)于雙空位磷烯而言,缺陷帶分布在導(dǎo)帶邊緣,并且隨著應(yīng)變逐漸向?qū)?nèi)部移動(dòng)。其次,我們進(jìn)一步研究了應(yīng)變對(duì)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(yīng)變對(duì)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(xiàn),應(yīng)變能夠調(diào)制SV956的磁矩;無磁矩的SV5566和DVa在應(yīng)變調(diào)制下會(huì)產(chǎn)生磁矩,磁矩也主要是由缺陷附近的懸掛鍵貢獻(xiàn)。雙軸應(yīng)變對(duì)系統(tǒng)磁矩調(diào)制的原因來源于應(yīng)變對(duì)缺陷附近成鍵結(jié)構(gòu)的影響,從而調(diào)制。我們的結(jié)果表明應(yīng)變是調(diào)控基于磷烯的自旋電子器件的有效途徑。
【關(guān)鍵詞】：磷烯 電子結(jié)構(gòu) 磁性 缺陷 雙軸應(yīng)變
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O627.51
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 磷的同素異形體9-11
• 1.3 黑磷的結(jié)構(gòu)11-15
• 1.3.1 磷烯的制備12-13
• 1.3.2 磷烯的性質(zhì)和應(yīng)用13-14
• 1.3.3 應(yīng)變、缺陷對(duì)二維材料物理性質(zhì)的影響14-15
• 1.4 本論文的研究目的和內(nèi)容15-16
• 第2章 理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法16-20
• 2.1 密度泛函理論16-18
• 2.1.1 絕熱近似16
• 2.1.2 Kohn-Sham方程16-18
• 2.1.3 交換關(guān)聯(lián)泛函18
• 2.2 計(jì)算軟件簡(jiǎn)介18-20
• 第3章 雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷磷烯非自旋電子結(jié)構(gòu)的調(diào)制20-35
• 3.1 引言20-21
• 3.2 計(jì)算理論與方法21
• 3.3 結(jié)果與討論21-33
• 3.3.1 缺陷磷烯的穩(wěn)定性研究21-23
• 3.3.2 單空位及其應(yīng)變調(diào)制23-28
• 3.3.3 雙空位及其應(yīng)變調(diào)制28-33
• 3.4 本章小結(jié)33-35
• 第4章 雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷磷烯磁性的調(diào)制35-45
• 4.1 引言35-36
• 4.2 計(jì)算方法與模型36-37
• 4.3 計(jì)算結(jié)果與分析37-44
• 4.3.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性、磁性特征37-39
• 4.3.2 雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷結(jié)構(gòu)的影響39-40
• 4.3.3 雙軸應(yīng)變對(duì)能帶的影響40-42
• 4.3.4 雙軸應(yīng)變對(duì)缺陷附近原子PDOS的影響42-44
• 4.4 本章小結(jié)44-45
• 第5章 總結(jié)與展望45-46
• 5.1 論文總結(jié)45
• 5.2 工作展望45-46
• 參考文獻(xiàn)46-51
• 致謝51-52
• 攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果52

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本文編號(hào)：817108