石墨烯是碳二異烯烴的二維單原子層,是二十一世紀(jì)熱門(mén)的新材料,由于其卓越的電荷傳輸、熱學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能而受到了全世界的關(guān)注。這些屬性起源于其能帶結(jié)構(gòu)中的維度效應(yīng)和電子調(diào)制,石墨烯及其衍生物正在諸多的科學(xué)和工程領(lǐng)域進(jìn)行研究。最近的進(jìn)展表明,石墨烯基復(fù)合材料可以對(duì)電子和光電器件、化學(xué)傳感器、納米復(fù)合材料和能量?jī)?chǔ)存產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。其中,石墨烯及其衍生物與鍺金屬襯底、貴金屬硫化物復(fù)合結(jié)構(gòu)的相關(guān)物理作用機(jī)制也是本領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容之一。本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了氧化石墨烯/氫鈍化的鍺-111襯底體系。重點(diǎn)研究其能帶結(jié)構(gòu)、電荷分布等性質(zhì)。采用vdW-DF2的方法計(jì)算了氧化石墨烯在襯底穩(wěn)定存在的可能性。研究結(jié)果給出了體系的能量與體系中各自成分的電子結(jié)構(gòu),發(fā)現(xiàn)了在界面位置存在著二維電子氣。(2)研究石墨烯/貴金屬硫化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)。應(yīng)用第一性原理的方法研究石墨烯/二硫化鉑與石墨烯/二硫化鈀兩種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的體系能量、能帶結(jié)構(gòu)與電荷分布。計(jì)算了這兩種體系中各成分在不同晶格取向下結(jié)合后,界面夾角對(duì)體系整體以及各成分能量、能帶結(jié)構(gòu)和電荷分布的作用。研究發(fā)現(xiàn),石墨烯/貴金屬二硫化物異質(zhì)結(jié)構(gòu)在存在界面夾角的情況下會(huì)產(chǎn)生很小的肖特基勢(shì)壘,石墨烯與貴金屬二硫化物的接觸類(lèi)型為準(zhǔn)歐姆接觸。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TQ127.11;TB33
【部分圖文】：

１．１石墨烯的發(fā)現(xiàn)??為了滿(mǎn)足Ｕ益增長(zhǎng)的對(duì)經(jīng)濟(jì)和高性能設(shè)備的需求，研究人員從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)??尋找新材料來(lái)將其納入下一代設(shè)備。近年來(lái)，石墨烯二維材料因?yàn)槠浞浅Ｌ厥獾??性質(zhì)而受到很大程度的關(guān)注，在新型器件屮冇著重耍的應(yīng)用前貴ＩＵ３１。二維分層??材料現(xiàn)在是材料科學(xué)，凝聚態(tài)物理和化學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之？－。碳納米結(jié)構(gòu)足納??米技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)先材料。碳材料的發(fā)現(xiàn)和研究，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步作出了爪??大貢獻(xiàn)。研究人員發(fā)現(xiàn)富勒烯和單壁碳納米管（ＣＮＴ）分別是零維和？維碳納米??材料，試圖從二維品體中分離二維石墨材料或制造－維納米帶。從．：十世紀(jì)初開(kāi)??始，Ｇｅｉｍ和Ｎｏｖｏｓｅｌｏｖ?Ｗ第一次系統(tǒng)地丫闡述丫石墨烯晶體管的隔離和電特性。??從足球如富勒烯（Ｃ６０）到單原子厚度的碳平面（稱(chēng)為石墨烯）到“卷起”管狀石??墨烯忭，這些納米結(jié)構(gòu)中的人多數(shù)僅山ｓｐ２雜化碳原了？纟丨丨．成。這鳴類(lèi)石■烯結(jié)構(gòu)??的原子結(jié)構(gòu)雖然都山ｓｐ２碳組成，怛化學(xué)物理性質(zhì)不Ｎ。從對(duì)石糶烯和石墨的屯??子性質(zhì)的最早的理論研究來(lái)看，石墨具有…些不尋常的性質(zhì)己經(jīng)變得更加清楚丫??［５１。后來(lái)，石墨，石墨烯和碳納米管的許多性能己經(jīng)逐漸被人們發(fā)現(xiàn)，例如石墨??。??

因此．未摻雜的石墨烯是一種零帶隙半導(dǎo)體。譜帶的線性色散導(dǎo)致產(chǎn)生零??質(zhì)量的準(zhǔn)粒子，即所謂的狄拉克費(fèi)米子在接近退化點(diǎn)的能量處，其電子態(tài)形成完美??的狄拉克錐，如圖１．３所示。但由于石墨烯沒(méi)有帶隙，阻止狄拉克費(fèi)米子獲得有限??的質(zhì)量并使電子器件中石墨烯的使用復(fù)雜化［７１，這與石墨烯的兩個(gè)碳原子晶格的??等價(jià)性有關(guān)。石墨烯的在狄拉克點(diǎn)處的費(fèi)米速度約為１０６?ｍ／ｓ，并且石墨烯的電子??在軌道中移動(dòng)時(shí)，不會(huì)因?yàn)橥鈦?lái)原子的引入或缺陷而散射。石墨烯的載流子具有??很高的遷移率，在室溫下可以達(dá)到１０倍于商用硅片的１５０００?ｃｍ２／Ｖ２ｓ，且隨著溫度??的升高會(huì)有顯著的提高。因此，石墨烯實(shí)現(xiàn)了亞微米尺度的彈道輸運(yùn)，且受溫度和??２??

ｆｒｏｍ?ＨＯＰＧ?修，，欠?、??：ｒ?Ｍ?＾?＾??圖１．２使用膠帶分離從高定向熱解石墨中獲得石墨烯??１．２石墨烯的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)??無(wú)缺陷、無(wú)修飾的本征的石墨烯中碳原子按六元環(huán)的排列方式，形成一個(gè)密??集的六方蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)，在常溫時(shí)會(huì)呈現(xiàn)一定的褶皺。和石墨類(lèi)似，石墨烯的碳??原子和最近鄰的三個(gè)碳原子以ｓｐ２雜化形式形成三個(gè)〇共價(jià)鍵，剩余一個(gè)未成鍵??的電子，在和片層相垂直的軌道上貢獻(xiàn)一個(gè)強(qiáng)作用的７１鍵，ＪＴ電子因?yàn)槲词艿街行??離子實(shí)的束縛，可以在晶體里自由移動(dòng)，這是石墨烯具有極高遷移率的根本原因。??石墨烯片在其原始晶胞中具有兩個(gè)晶體學(xué)等效原子的蜂窩結(jié)構(gòu)。兩個(gè)帶有ｐＺ??字符的波段屬于不同的可簡(jiǎn)化表示，它們恰好在Ｋ和Ｋ’處的費(fèi)米能量處交叉點(diǎn)動(dòng)??量空間。因此．未摻雜的石墨烯是一種零帶隙半導(dǎo)體。譜帶的線性色散導(dǎo)致產(chǎn)生零??質(zhì)量的準(zhǔn)粒子，即所謂的狄拉克費(fèi)米子在接近退化點(diǎn)的能量處，其電子態(tài)形成完美??的狄拉克錐
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本文編號(hào)：2836039