局部應(yīng)變對(duì)低維半導(dǎo)體材料的性質(zhì)調(diào)制.pdf

1、近年來(lái)，低維材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)而得到了普遍的關(guān)注和深入的研究，在實(shí)驗(yàn)中已被廣泛地用于制作接近原子尺寸的器件。理論指導(dǎo)使得傳統(tǒng)的量子器件持續(xù)小型化。加上異質(zhì)界面或局域形變無(wú)處不在緣故，低維材料的局部應(yīng)變（如表面應(yīng)變）具有普遍性。到目前為止，關(guān)于低維材料的局部應(yīng)變的細(xì)節(jié)尚有許多不清楚之處，在本工作中，我們用第一性原理的計(jì)算方法，研究包含應(yīng)變的一維Si/Ge納米線和二維層狀（單層和雙層）T態(tài)TaS2的結(jié)構(gòu)及相關(guān)電學(xué)性質(zhì)。我們分別用“循

2、環(huán)替代”引起表面局域形變的方法和改變晶格常數(shù)的方法向兩體系模擬施加應(yīng)變。當(dāng)在<112>方向Si納米線(111)表面施加應(yīng)變時(shí)，發(fā)現(xiàn)只有在很大的壓縮形變之下才會(huì)出現(xiàn)帶隙減小的結(jié)果，而拉伸應(yīng)變則一直會(huì)使帶隙減小，并且出現(xiàn)明顯的間接向直接帶隙的轉(zhuǎn)換。并且在應(yīng)力之下出現(xiàn)了價(jià)帶和導(dǎo)帶的空間分離，壓力使得價(jià)帶頂局域在壓縮表面上;而拉伸力則引起導(dǎo)帶底局域在拉伸形變表面上。對(duì)于Ge納米線來(lái)說(shuō)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)施加壓縮應(yīng)變時(shí)，帶隙幾乎沒(méi)有發(fā)生改變，這意味著在Ge/

3、Si核殼結(jié)構(gòu)的材料中，Ge的電學(xué)性質(zhì)幾乎保持不變，為了驗(yàn)證該結(jié)論，我們做了Ge納米線在應(yīng)力應(yīng)變下結(jié)構(gòu)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鍵長(zhǎng)和鍵角隨應(yīng)力是均勻變化的，即處于彈性形變中，保證了結(jié)果的合理性;應(yīng)變與應(yīng)變能呈二次函數(shù)關(guān)系，說(shuō)明體系能量不受尺寸大小影響。另一方面拉伸應(yīng)變則能夠有效的使帶隙減小，并致使價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底在空間發(fā)生了分離。接著我們研究了二維的T態(tài)TaS2在應(yīng)變下的性質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)T態(tài)TaS2的電荷密度波被改變:它的單雙層體系的電荷密度波在壓縮應(yīng)變之

4、下減弱而在拉伸應(yīng)變下增強(qiáng)。單層的TaS2是自旋軌道分裂的。但在大約3％的應(yīng)變之下，其中一個(gè)自旋態(tài)能帶的帶隙減小到0eV，而另一個(gè)自旋態(tài)能帶則保持有限的帶隙，整體表現(xiàn)出了半金屬的性質(zhì)。我們進(jìn)一步研究?jī)蓚€(gè)單層TaS2形成雙層結(jié)構(gòu)時(shí)的情況，得出了在費(fèi)米面之上和之下均出現(xiàn)局域電子態(tài)，為無(wú)磁性的半導(dǎo)體的結(jié)果。同時(shí)其帶隙在拉伸應(yīng)變比在壓縮應(yīng)變下減小的更快，在拉伸應(yīng)變下出現(xiàn)半導(dǎo)體向金屬的轉(zhuǎn)換。本研究為穩(wěn)固或調(diào)整Si/Ge納米線和片層TaS2的相關(guān)性質(zhì)