【摘 要】
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本文基于密度泛函理论采用第一性原理计算方法,主要使用VASP软件对原始硅烯进行吸附计算,通过对非金属B和金属Cr、Mo和Pt等原子表面吸附硅烯的能带和电子结构进行计算,探讨化学吸附对硅烯电子结构的影响效果,尝试打开硅烯带隙;随后将硅烯与六角氮化硼进行垂直堆垛形成异质结,探索物理吸附利用层间作用力来改变硅烯电子结构,进而对带隙进行调控。研究表明,非金属原子B和金属原子Mo在硅烯表面最稳定吸附位置为谷
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本文基于密度泛函理论采用第一性原理计算方法,主要使用VASP软件对原始硅烯进行吸附计算,通过对非金属B和金属Cr、Mo和Pt等原子表面吸附硅烯的能带和电子结构进行计算,探讨化学吸附对硅烯电子结构的影响效果,尝试打开硅烯带隙;随后将硅烯与六角氮化硼进行垂直堆垛形成异质结,探索物理吸附利用层间作用力来改变硅烯电子结构,进而对带隙进行调控。研究表明,非金属原子B和金属原子Mo在硅烯表面最稳定吸附位置为谷位,吸附能分别为-4.08e V和-7.57e V,金属原子Cr和Pt原子最稳定吸附位置为隙位,吸附能分别为-7.71e V和-6.28e V。在硅烯进行原子吸附的过程中,Si原子与吸附原子之间均发生电荷转移,为化学吸附。部分吸附位置因为自旋极化结构产生了磁矩,桥位吸附B原子结构产生0.67μB磁矩,顶位和隙位吸附Mo原子结构产生5.31μB和3.06μB磁矩,顶位、隙位和谷位吸附Cr原子结构产生5.86μB、4.39μB和3.99μB磁矩。原始硅烯为零带隙半金属结构,在不同吸附位置吸附原子硅烯带隙有着不同程度的打开。顶位吸附Cr原子和Mo原子硅烯带隙均打开0.21e V,在费米能级下方产生扁平能带结构。顶位吸附Pt原子硅烯带隙打开0.3e V,在费米能级上方产生扁平能带结构。桥位吸附B硅烯打开了0.15e V直接带隙,谷位吸附Cr的硅烯打开0.2e V直接带隙,隙位和谷位吸附Mo硅烯分别打开了0.04e V和0.26e V直接带隙,隙位和谷位吸附Pt的硅烯打开了0.04e V和0.08e V直接带隙,在打开带隙的同时狄拉克锥保持完好。其他吸附位虽然带隙得到不同程度的打开,但是导带底穿过费米能级,依然为半金属结构。将硅烯和h-BN进行堆垛形成的异质结,通过对硅烯与h-BN之间的物理吸附作用实现硅烯带隙的打开。经差分电荷密度计算,发现硅烯层与h-BN层间内建电场,空穴主要聚集在硅烯一侧,而电子则聚集在靠近h-BN一侧,在硅烯与h-BN之间的区域产生了一个极化的长波,方向为硅烯层指向h-BN层。由于硅烯与h-BN带隙不同,异质结发生能带对其现象,Sh-1和Sh-2带隙打开0.72e V,为直接带隙半导体,Sh-3打开0.06e V直接带隙,并产生6.68μB磁矩。
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