18457.石墨烯和硅烯等二維納米材料表界面的理論研究

1、SOOCHOWUNIVERSITY碩士學(xué)位論文論文題目石墨烯和硅烯等二維納米材料表界面的理論研究研究生姓名黨雪潔指導(dǎo)教師姓名李有勇教授專業(yè)名稱化學(xué)研究方向計算化學(xué)論文提交日期2015年4月石墨烯和硅烯等二維納米材料表界面的理論研究中文摘要I中文摘要自2004年十月英國Manchester大學(xué)的康斯坦汀諾沃肖洛夫(KonstantinNovoselov)和安德烈海姆(reGeim)等人通過采用膠帶反復(fù)剝離石墨的簡單方法首次獲得獨立存在的石

2、墨烯[1]以來，它以獨特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電學(xué)性能迅速成為材料科學(xué)領(lǐng)域一顆耀眼的新星[25]。然而石墨烯的價帶（π電子）和導(dǎo)帶（π電子）相交于費米能級處，使得石墨烯成為帶隙為0的半導(dǎo)體，限制了它在納米電子器件中的應(yīng)用。本文采用第一性原理的密度泛函理論通過石墨烯和硅烯的表界面調(diào)控，來提高石墨烯和硅烯的應(yīng)用潛能。一、石墨烯與硅基底的相互作用及其電學(xué)性能調(diào)控。我們采用第一性原理研究了單層和雙層石墨烯與氫鈍化和非鈍化的Si（111）Si（100

3、）表面的結(jié)合情況。我們發(fā)現(xiàn)氫鈍化的Si表面Si（111）Si（100）并沒有影響石墨烯的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，然而，由于非鈍化的Si基底對石墨烯的不同位置產(chǎn)生了強(qiáng)烈的相互作用，這使得石墨烯的對稱性遭到破壞，使得石墨烯在狄拉克點的位置打開了一定的帶隙。當(dāng)Si表面用氫鈍化后與石墨烯的結(jié)合能力則大大降低。對于雙層石墨烯，我們發(fā)現(xiàn)下層石墨烯與Si基底具有較強(qiáng)的相互作用并在界面形成了共價鍵。對于雙層石墨烯覆蓋的情況，下層充當(dāng)了緩沖層的作用，它與基底產(chǎn)生

4、了共價相互作用，原有石墨烯的本征電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，上層石墨烯與下層石墨烯之間是范德華相互作用，這層石墨烯基本上保留了其本征電子結(jié)構(gòu)。我們的結(jié)果給出了石墨烯和重要的半導(dǎo)體材料硅之間的相互作用機(jī)制，這對于石墨烯在微電子學(xué)中的應(yīng)用具有重要意義。二、Ni(111)界面上石墨烯的生長及硅插層。受石墨烯熱潮的影響，其副本——蜂窩狀結(jié)構(gòu)的硅單層，即硅烯（silicene）最近也引起了人們的廣泛關(guān)注。我們采用范德華力修正過的第一性原理研究了在Ni（1