功能化和應(yīng)變對低維碳化硅納米材料電子結(jié)構(gòu)的影響.pdf

1、近年來，隨著石墨烯這種性質(zhì)異于傳統(tǒng)材料的低維納米材料的出現(xiàn)，科學(xué)研究者們開始大量關(guān)注結(jié)構(gòu)類似的相應(yīng)材料。因?yàn)榧{米尺度的低維材料在眾多領(lǐng)域都表現(xiàn)出了驚人的特性，且隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，還會有更加廣闊的應(yīng)用前景。石墨烯的成功制備證明了創(chuàng)造出單層或少層的范德華材料的可能性，為此發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　本論文研究了一種結(jié)構(gòu)與電子特性都和石墨烯相似的材料:單層碳化硅，它是一種只有一個原子厚度的表面結(jié)構(gòu)，是碳與硅原子以1∶1的比例所構(gòu)成的二元

2、化合物。這種材料已經(jīng)被計(jì)算模擬方法證明是可以穩(wěn)定存在的，并且它可以用溶劑剝離法所制備出來。全球范圍內(nèi)已經(jīng)有了大量對碳化硅電子應(yīng)用的研究。然而，到目前為止，不能精確地控制碳化硅材料的電子特性相對限制了低維碳化硅材料的應(yīng)用。因而人們對這種納米材料的機(jī)械、電子、磁性的精確改性方法做了大量的相關(guān)研究。
　　本文主要研究了應(yīng)變和功能化這兩種改性方法對低維碳化硅電子特性的影響。所有的研究都是由基于密度泛函理論的第一原理計(jì)算方法所進(jìn)行的。

3、>　　本研究主要分為以下兩個部分:
　　第一，低維結(jié)構(gòu)納米材料的應(yīng)用主要是依賴他們特定的電子結(jié)構(gòu)，將其形狀改變?yōu)橐痪S的納米帶是一種有效的控制電子性質(zhì)的方法。本文運(yùn)用計(jì)算模擬的方法研究了氫和鹵族元素邊界功能化的碳化硅納米帶的結(jié)構(gòu)和電子特性。結(jié)果表明扶手椅形邊界功能化碳化硅納米帶的能帶隙值會隨著氫和鹵族元素的原子序數(shù)的增大而減小，然而邊界功能化對鋸齒形納米帶的相應(yīng)影響卻很小。扶手椅形納米帶的帶隙大小的變化主要?dú)w因于鹵素的加入和碳/硅與

4、鹵素的成鍵，致使導(dǎo)帶底的能量降低，但幾乎不影響價帶頂。
　　第二，系統(tǒng)地研究了由氫和鹵素原子表面功能化的二維單層碳化硅的結(jié)構(gòu)和電子特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)表面功能化和施加雙軸應(yīng)變都可以顯著調(diào)節(jié)二維單層碳化硅的電子結(jié)構(gòu)。氫鈍化單層碳化硅的表面后，其帶隙大小明顯增大，但單層碳化硅被鹵素原子鈍化后，其帶隙減小。當(dāng)施加在單層碳化硅上的雙軸應(yīng)變由壓縮逐漸變至拉伸時，其帶隙變化呈現(xiàn)單調(diào)遞減趨勢。然而，在氫或鹵素表面功能化的單層碳化硅上施加壓縮或拉伸應(yīng)變