石墨烯優(yōu)異的電子性質(zhì),激勵(lì)著人們?nèi)ヌ剿髌渌男滦投S薄膜材料。而作為碳元素的鄰居,氮元素組成的二維氮化物薄膜材料表現(xiàn)出來(lái)的新穎的電子性質(zhì)和顯著的穩(wěn)定性激發(fā)了廣大研究者的興趣,成為二維薄膜材料領(lǐng)域的一大研究熱點(diǎn)。氮元素作為電負(fù)性非常高的元素之一,很容易與各種元素組合形成多種多樣的氮化物。本論文將提出幾種二維氮化物薄膜材料并研究其電子性質(zhì)。本論文總共有五章。第一章我們簡(jiǎn)單地介紹了二維薄膜材料的研究現(xiàn)狀,并介紹了二維薄膜材料中的狄拉克點(diǎn)、平帶等獨(dú)特的電子性質(zhì)。第二章講述了第一性原理的計(jì)算方法和緊束縛模型方法。第三章我們預(yù)測(cè)出兩種新型的二維氮化硼結(jié)構(gòu):5-7 BN和Kagome BN,并研究了它們的穩(wěn)定性和電子性質(zhì)。大多數(shù)三維或者二維氮化硼結(jié)構(gòu)都是寬帶隙絕緣體而這兩種結(jié)構(gòu)則是具有金屬特性的新型二維氮化硼材料,更有趣的是,計(jì)算表明5-7 BN結(jié)構(gòu)在費(fèi)米能級(jí)處有狄拉克錐,表明該結(jié)構(gòu)是典型的狄拉克材料,其電子速度約為10⁵ m/s。而Kagome BN在費(fèi)米能級(jí)下方有兩條平帶,因此結(jié)構(gòu)中存在重費(fèi)米子。在單個(gè)空穴摻雜之后,Kagome BN頂部平帶劈裂成自旋向上和自旋向下的能帶,... 

【文章來(lái)源】：湘潭大學(xué)湖南省

【文章頁(yè)數(shù)】：56 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）石墨二炔納米薄膜合成的原理圖

湘潭大學(xué)碩士畢業(yè)論文3圖1.2二維碳薄膜同素異形體的幾何結(jié)構(gòu)：A-G依次是C66-、C65-、C64-、C63-、C62-、C31-和C41-，虛線(xiàn)框代表它們的單胞。1.2.2二維氮化硼薄膜材料的研究進(jìn)展在發(fā)現(xiàn)單層石墨烯及其獨(dú)特的電子性質(zhì)之后，研究人員進(jìn)行了深入的研究，從而導(dǎo)致了新型二維結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，例如六角氮化硼和過(guò)渡金屬二鹵化物。由于石墨烯和二維薄膜材料的獨(dú)特性，其研究領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展，與它們的大體積和其他尺寸對(duì)應(yīng)物相比，獨(dú)特而迷人的低尺寸結(jié)構(gòu)和特性更加能夠激發(fā)人們的研究興趣。氮化硼（BN）是最輕的III-V主族化合物，它與元素碳的結(jié)構(gòu)非常相似，相鄰原子之間的電子總數(shù)相同[20]。比如，石墨和金剛石都是由碳原子組成的三維結(jié)構(gòu)分別由sp2共軛碳（即石墨烯）層和sp3碳原子網(wǎng)絡(luò)組成[12]。而六方氮化硼和立方氮化硼是可以與之類(lèi)比的，分別由層狀結(jié)構(gòu)和四面體結(jié)構(gòu)組成。盡管二維納米材料已被討論了數(shù)多年，但目前對(duì)這些材料的興趣才開(kāi)始于2004年，當(dāng)時(shí)Geim及其同事分離出一層原子厚度的石墨烯薄膜并發(fā)現(xiàn)了其非凡的電子性能[3]。圖1.3h-BN的二維結(jié)構(gòu)，粉色是硼原子、藍(lán)色是氮原子。在過(guò)去的很多年，由于二維六角氮化硼（h-BN）是超平面和高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的絕緣體，被很多的人探索其獨(dú)特的性質(zhì)。由于塊體的氮化硼和石墨類(lèi)似，且單層的六角氮化硼結(jié)構(gòu)很是接近石墨烯結(jié)構(gòu)，它的晶格被蜂窩狀交替排列的相等數(shù)量的硼和氮原子占據(jù)。與石墨烯類(lèi)似，sp2雜化的六角氮化硼在平面內(nèi)顯示強(qiáng)共價(jià)鍵，在不同平面之間具有范德華力的弱鍵。其中二維氮化硼是六角的，其晶格參數(shù)均為a=b=2.50，它的結(jié)構(gòu)如圖1.3示[21]。盡管h-BN和石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)相似，

湘潭大學(xué)碩士畢業(yè)論文3圖1.2二維碳薄膜同素異形體的幾何結(jié)構(gòu)：A-G依次是C66-、C65-、C64-、C63-、C62-、C31-和C41-，虛線(xiàn)框代表它們的單胞。1.2.2二維氮化硼薄膜材料的研究進(jìn)展在發(fā)現(xiàn)單層石墨烯及其獨(dú)特的電子性質(zhì)之后，研究人員進(jìn)行了深入的研究，從而導(dǎo)致了新型二維結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，例如六角氮化硼和過(guò)渡金屬二鹵化物。由于石墨烯和二維薄膜材料的獨(dú)特性，其研究領(lǐng)域得到了廣泛的發(fā)展，與它們的大體積和其他尺寸對(duì)應(yīng)物相比，獨(dú)特而迷人的低尺寸結(jié)構(gòu)和特性更加能夠激發(fā)人們的研究興趣。氮化硼（BN）是最輕的III-V主族化合物，它與元素碳的結(jié)構(gòu)非常相似，相鄰原子之間的電子總數(shù)相同[20]。比如，石墨和金剛石都是由碳原子組成的三維結(jié)構(gòu)分別由sp2共軛碳（即石墨烯）層和sp3碳原子網(wǎng)絡(luò)組成[12]。而六方氮化硼和立方氮化硼是可以與之類(lèi)比的，分別由層狀結(jié)構(gòu)和四面體結(jié)構(gòu)組成。盡管二維納米材料已被討論了數(shù)多年，但目前對(duì)這些材料的興趣才開(kāi)始于2004年，當(dāng)時(shí)Geim及其同事分離出一層原子厚度的石墨烯薄膜并發(fā)現(xiàn)了其非凡的電子性能[3]。圖1.3h-BN的二維結(jié)構(gòu)，粉色是硼原子、藍(lán)色是氮原子。在過(guò)去的很多年，由于二維六角氮化硼（h-BN）是超平面和高穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的絕緣體，被很多的人探索其獨(dú)特的性質(zhì)。由于塊體的氮化硼和石墨類(lèi)似，且單層的六角氮化硼結(jié)構(gòu)很是接近石墨烯結(jié)構(gòu)，它的晶格被蜂窩狀交替排列的相等數(shù)量的硼和氮原子占據(jù)。與石墨烯類(lèi)似，sp2雜化的六角氮化硼在平面內(nèi)顯示強(qiáng)共價(jià)鍵，在不同平面之間具有范德華力的弱鍵。其中二維氮化硼是六角的，其晶格參數(shù)均為a=b=2.50，它的結(jié)構(gòu)如圖1.3示[21]。盡管h-BN和石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)相似，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Superconducting Single-Layer T-Graphene and Novel Synthesis Routes[J]. 顧琴燕,邢定鈺,孫建.  Chinese Physics Letters. 2019(09)



本文編號(hào)：3134054