二維拓?fù)浣^緣體是拓?fù)浣^緣體的一個(gè)重要分支,它不僅具有區(qū)別于傳統(tǒng)絕緣體的獨(dú)特的物理性質(zhì),相對(duì)于近年發(fā)現(xiàn)的三維拓?fù)浣^緣體也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),在電子器件的制造和創(chuàng)新中具有重大的應(yīng)用前景。因此,尋找具有實(shí)用價(jià)值的二維拓?fù)浣^緣體具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。人們利用第一性計(jì)算原理在理論上預(yù)測(cè)出了許多二維拓?fù)浣^緣體材料,但是由于大部分難以在實(shí)際中實(shí)現(xiàn),我們?nèi)孕枰獙ふ腋子谠趯?shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)的大間隙拓?fù)浣^緣體。因此,本文的主要工作就是通過(guò)在VA族元素上吸附過(guò)渡金屬元素得到能夠在實(shí)際中應(yīng)用的大間隙拓?fù)浣^緣體。我們?cè)趩螌铀{(lán)磷上吸附Mo原子和W原子,并施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)力。通過(guò)HSE的計(jì)算得到吸附Mo原子的藍(lán)磷的拓?fù)鋷稙?4meV,吸附W原子的藍(lán)磷的拓?fù)鋷稙?18meV;通過(guò)對(duì)砷烯,銻烯,鉍烯吸附Os原子,在GGA的計(jì)算下我們得到了約為200meV帶隙的拓?fù)浣^緣體,由于GGA通常會(huì)低估帶隙,我們合理推測(cè)這一系列的材料是具有大于200meV反轉(zhuǎn)帶隙的拓?fù)浣^緣體。我們通過(guò)分析軌道分裂機(jī)制,對(duì)上述二維拓?fù)浣^緣體的拓?fù)浣^緣性機(jī)理進(jìn)行了深入分析。 

【文章來(lái)源】：蘇州大學(xué)江蘇省 211工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．］二維材料家族表格［２］??

第一章緒論?二維拓?fù)浣^緣體電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究??１．２．３二維ＶＡ族元素簡(jiǎn)介??ａ?富５?ｐ?卞??８睡邏獨(dú)??■嘗＿??圖１．２二維ＶＡ族元素同素異形體的各種結(jié)構(gòu)，其中具有五種典型的蜂窩結(jié)構(gòu)（ａ，?ｐ，Ｙ，５，?ｓ）和四種??非蜂窩結(jié)構(gòu)（Ｃ，ｔｉ，０，ｉ）［１０］。??二維ＶＡ族元素（磷，砷，銻，鉍）作為黑磷的同族元素具有不同的晶格構(gòu)型，??這取決于它們?cè)嫉捏w態(tài)結(jié)構(gòu)。圖１．２展示了二維ＶＡ族元素不同的單層晶格結(jié)構(gòu)，??其中，黑磷的晶格構(gòu)型為正交結(jié)構(gòu)的ａ型。作為黑磷的同素異形體，其他形式的單層??磷烯如卩型的藍(lán)磷，Ｙ型的磷烯和Ｓ型的磷烯也相繼被報(bào)道［１１，１２］。單層藍(lán)磷和單層黑??磷都是最常見的同素異形體，且具有與石墨烯類似的六角屈曲結(jié)構(gòu)，它已經(jīng)被報(bào)道可??以在金的１１１表面上生長(zhǎng)［１３］。近兩年來(lái)，作為磷一族的元素，單層的砷、梯、鉍也??引起了物理，化學(xué)及材料學(xué)家的關(guān)注。對(duì)于它們來(lái)說(shuō)，不僅是在自然界中，對(duì)應(yīng)的層??狀體塊結(jié)構(gòu)主要是以Ｐ型的存在比較穩(wěn)定，單層砷烯、銻烯和鉍烯同素異形體，所有??相應(yīng)的（３相也都具有最低的能量。因此，本文主要研究ｐ構(gòu)型的單層藍(lán)磷及與其同族的??單層結(jié)構(gòu)（下文如不做特別標(biāo)注所有的結(jié)構(gòu)均為該結(jié)構(gòu)）。??４??

二維拓?fù)浣^緣體電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究?第一章緒論??．痛??Ａｒｍｃｈａｉｒ?Ｚｉｇｚａｇ??圖１．３黑磷和藍(lán)磷的晶格結(jié)構(gòu)的俯視圖和正視閿，其中不同顏色的磷原子代農(nóng)磷原子不在同－層??［６］。??由于二維ＶＡ族元素的晶格結(jié)構(gòu)和電子特性互相類似，我們以藍(lán)磷為例來(lái)展示??二維ＶＡ族元素的基本性質(zhì)。藍(lán)磷的磷原子以共價(jià)鍵的形式連接成類似石墨烯的六??方晶格結(jié)構(gòu)（如圖１．３），原子在上下兩層上的分布均勻，側(cè)Ｉｆｌ丨丨？．類似于鋸齒型。由??于其對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特性和鍵長(zhǎng)，藍(lán)磷在熱力學(xué)的環(huán)境卜＇也相當(dāng)穩(wěn)定。由Ｔ結(jié)構(gòu)的不??藍(lán)磷也表現(xiàn)出與黑磷不同的電子性質(zhì)，例如中．層藍(lán)磷Ｈ有史寬的電子能隙（Ｉ）ＦＴ卜??約為２．０ｅＶ）［丨１］。圖１．４為雜化泛喊（ＨＳＥ０６）卜計(jì)算的ＶＡ族兒素的電子能帶結(jié)構(gòu)，??在圖屮我們町以發(fā)現(xiàn)除藍(lán)磷外，砷烯、銻烯、鉍烯也及現(xiàn)出一定大小的電子能隙，這??使得它們能較好的丨、ｖ：用ｒ半導(dǎo)體領(lǐng)域，光電領(lǐng)域等。??ｐ－ｐ?ｐ－Ａｓ?ｐ－Ｓｂ?ｐ－Ｂｉ??２．６２?２．４９?２．２８?＾０．９９?＾??「?ｍｋ?ｒ?ｒ?ｍ?ｋ?ｒｒ?ｍｉｃ?ｒｒ?ｍ?ｋ?ｒ??圖１．４雜化泛函（ＨＳＥ０６）下計(jì)算的?＇．維ＶＡ族元素的能帶結(jié)構(gòu)［９｜??二維ＶＡ族元素作為？個(gè)二維休系，其表面積和體積比始終大ｊ＇？體塊的比表面??積，因而對(duì)外來(lái)的原有較島的化學(xué)活性，可以通過(guò)原子吸附［１４－１５］、外加電嘗??５??


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