Bi、Se、Te吸附對(duì)n-p型石墨烯電子結(jié)構(gòu)影響的研究.pdf

1、石墨烯是目前材料科學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)中重要的研究領(lǐng)域之一，它具有很多與眾不同的性質(zhì)，如自旋軌道耦合相互作用、異常量子霍爾效應(yīng)、高電子遷移率以及零帶隙半導(dǎo)體特性和亞品格對(duì)稱性等，這些性質(zhì)使得石墨烯成為下一代電子材料的首選材料，可以用作催化劑，氣體傳感器，電子器件等。拓?fù)浣^緣體是一種具有強(qiáng)自旋軌道耦合作用的量子物質(zhì)態(tài)，它不同于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體或是絕緣體，本身具有很多特殊的性質(zhì)，深受科研人員的關(guān)注。石墨烯和拓?fù)浣^緣體具有很多相似的特征，都屬于狄拉克

2、材料，都具有零級(jí)能量邊緣態(tài)和自旋軌道耦合作用等，實(shí)驗(yàn)上利用分子束外延的方法已經(jīng)成功在雙層石墨烯上生長(zhǎng)出超薄拓?fù)浣^緣體Bi2Se3、Bi2Te3薄膜，對(duì)拓?fù)浣^緣體及相關(guān)原子與石墨烯的相互作用進(jìn)行系統(tǒng)的研究具有重要的物理意義。
　　本文主要采用第一性原理方法，結(jié)合贗勢(shì)和超原胞模型，利用VASP程序包系統(tǒng)研究了Bi、Se和Te原子在完整和缺陷石墨烯上吸附的原子結(jié)構(gòu)，電子性質(zhì)及磁性質(zhì)等，得到了一些比較有意義的結(jié)果，為實(shí)驗(yàn)及自旋電子器件的制

3、備提供理論參考。
　　1.Bi、Se、Te在完整和空位缺陷石墨烯上吸附的研究
　　對(duì)Bi、Se、Te吸附完整和空位石墨烯體系的穩(wěn)定電子結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，Bi和Se在完整石墨烯上可以形成能量穩(wěn)定的吸附結(jié)構(gòu)，Te原子則為能量不穩(wěn)定吸附。石墨烯的單空位處C原子的懸掛鍵使Bi、Se、Te原子在該處吸附的形成能遠(yuǎn)大于在完整石墨烯上吸附的形成能。通過分析態(tài)密度分布發(fā)現(xiàn)只有Bi吸附完整石墨烯體系顯示磁性，其它體系均不顯示磁性，以及Bi吸附空位

4、石墨烯體系在費(fèi)米能級(jí)處出現(xiàn)兩個(gè)對(duì)稱的新峰等，這些變化使得體系的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變。最后又進(jìn)一步對(duì)吸附體系的電荷密度和差分電荷密度分布進(jìn)行分析。
　　2.Bi、Se、Te在n/p型石墨烯上吸附的研究
　　對(duì)石墨烯進(jìn)行n/p型摻雜的體系材料在電子器件的發(fā)展中占據(jù)著重要地位。計(jì)算表明常用的n/p型摻雜原子N/B在石墨烯內(nèi)摻雜后體系的幾何結(jié)構(gòu)沒有大的變化，在此基礎(chǔ)上我們研究了Bi、Se、Te吸附對(duì)B、N摻雜石墨烯電子結(jié)構(gòu)的影響。研

5、究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Se吸附B摻雜體系不顯示磁性，Bi、Se、Te吸附均誘導(dǎo)其它體系產(chǎn)生磁性。對(duì)態(tài)密度分布進(jìn)行分析可知Se吸附N摻雜體系的費(fèi)米能級(jí)由導(dǎo)帶移動(dòng)到了價(jià)帶，Bi吸附B摻雜體系的費(fèi)米能級(jí)由原來(lái)的價(jià)帶移動(dòng)到了帶隙處等。為了揭示電子轉(zhuǎn)移情況，進(jìn)一步研究了電荷密度與差分電荷密度的分布。
　　在我們所研究的體系中，Se的吸附能力都比Bi和Te的強(qiáng)。缺陷對(duì)原子的吸附影響很大，單空位、B摻雜和N摻雜皆增強(qiáng)了Bi、Se和Te在石墨烯上的吸附能力