【摘 要】
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由于石墨烯这种二维材料成功制备后其显示的巨大的新奇特性,人们发现了石墨烯在电磁器件中的潜在应用,同时也深入了对其它新型二维材料的探索。Ⅳ-Ⅴ族二维材料作为一种新型二维材料,典型的如单层砷化锗GeAs,已可以在实验中合成,其具有良好的热稳定性,突出的各向异性,较大的禁带宽度,较强的光吸收作用等,如今备受人们关注;且由于二维材料的原子都暴露在环境中,简单对其进行改性就可以引起其电和磁方面的变化,所以可
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由于石墨烯这种二维材料成功制备后其显示的巨大的新奇特性,人们发现了石墨烯在电磁器件中的潜在应用,同时也深入了对其它新型二维材料的探索。Ⅳ-Ⅴ族二维材料作为一种新型二维材料,典型的如单层砷化锗GeAs,已可以在实验中合成,其具有良好的热稳定性,突出的各向异性,较大的禁带宽度,较强的光吸收作用等,如今备受人们关注;且由于二维材料的原子都暴露在环境中,简单对其进行改性就可以引起其电和磁方面的变化,所以可以通过缺陷掺杂对材料系统的电子能带结构进行工程设计,实现天然或合成材料所不具备的新型物理特性。本论文应用第一性原理计算的方法,将二维GeAs体系选为研究对象,重点研究其本征材料和对其进行空位掺杂后的性能。本文的主要研究成果和创新点为以下两个方面:1.研究了单层GeAs的电学和磁学性质。选择单斜晶系的GeAs晶体,计算得其为一种具有1.48e V带隙的直接带隙半导体;电子有效质量为0.0034m0;对系统添加全自旋极化,发现本征单层GeAs无磁性。2.首次研究了含空位缺陷的单层GeAs的电学和磁学性质。首先对1×6的超胞进行空位掺杂建模、驰豫,其几何结构均无明显的晶格畸变。最稳定的锗空位缺陷体系是具有0.17e V带隙的直接带隙半导体且无磁性;最稳定的砷空位缺陷体系呈现半金属性,有0.83μB的磁矩。本论文的结论是:单层GeAs二维材料具有很强的各向异性,是一种直接带隙半导体,且带隙处于可见光范围内;缺陷掺杂可以对二维GeAs体系进行调控,优化其性能,且方法非常简单。所以二维GeAs极有希望可以被应用于某些实际的光电子或自旋电子学器件中,这样一来其所对应的实际应用范畴也会变得更为广阔。研究结果对探索设计高性能电子器件有一些指导意义。
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