【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新,電子器件中材料的尺寸不斷減小,當(dāng)減少到納米數(shù)量級時,電子波動性顯著,材料出現(xiàn)奇特優(yōu)異的性質(zhì)。2004年,石墨烯(Grahpene)在實驗室被成功的制備出,并發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的性質(zhì),掀起了科學(xué)界的研究熱潮。在過去的十年里,人們對石墨烯和石墨烯為基礎(chǔ)的材料進(jìn)行了廣泛而深入的研究,包括富勒烯、碳納米管、石墨烯納米帶等,并且一直努力的將該材料應(yīng)用于電子器件中,但由于石墨烯為零帶隙的半導(dǎo)體,在實際電子器件中不能直接的應(yīng)用,因此結(jié)合現(xiàn)有的硅基技術(shù)使得人們對硅烯(Silicene)產(chǎn)生了濃厚的研究興趣。硅烯是具有與石墨烯相似幾何結(jié)構(gòu)的新型二維材料,理論和實驗都證明其可以穩(wěn)定存在,并且能夠很好的與現(xiàn)有的硅基技術(shù)相兼容,硅烯將有可能應(yīng)用于現(xiàn)代電子器件中的最合適的材料之一。而將硅烯納米材料應(yīng)用于電子器件中對材料的裁剪及確定其電學(xué)特性就顯得尤為重要。將硅烯或者硅納米管進(jìn)行裁剪,得到硅烯納米帶(Si NRs),按邊緣手征性的不同將得到兩種高對稱結(jié)構(gòu)的硅烯納米帶:鋸齒型硅稀納米帶(Zigzag Silicene Nanoribbons,簡稱ZSi NRs)和扶手椅型硅稀納米帶(Armchair Silicene Nanoribbons,簡稱ASi NRs)。本文基于密度泛函理論(DFT),研究了鋸齒形硅烯納米帶(ZSi NRs)的電學(xué)性質(zhì),主要討論了不同邊緣修飾對鋸齒形硅烯納米帶的幾何結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)的影響。我們選擇了氫(H)、氟(F)、氫氧根(OH)和氧(O)對鋸齒形硅烯納米帶進(jìn)行邊緣修飾,同時考慮了邊緣電子間的交換關(guān)聯(lián)使得自旋極化方向存在差異,鋸齒形硅烯納米帶存在非磁態(tài)(Non-magnetic state,NM)、鐵磁態(tài)(Ferromagnetic state,FM)和反鐵磁態(tài)(Anti-ferromagnetic state,AFM)。我們首先基于密度泛函理論對邊緣化學(xué)修飾后的鋸齒形硅烯納米帶分別處于3種自旋磁態(tài)的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,然后計算了能帶、態(tài)密度和電荷密度,研究了不同化學(xué)元素邊緣修飾對硅烯納米帶電學(xué)性質(zhì)的影響。通過本論文的研究發(fā)現(xiàn),硅烯具有與石墨烯類似的六角蜂窩狀結(jié)構(gòu),與石墨烯不同的是硅烯兩套三角格子不在同一平面內(nèi)(即low-buckled六角蜂窩狀結(jié)構(gòu)),這與文獻(xiàn)中的結(jié)構(gòu)一致。邊緣化學(xué)修飾對其幾何結(jié)構(gòu)并無太大的影響,受應(yīng)力作用邊緣的結(jié)構(gòu)發(fā)生微小變化。然后對其能帶結(jié)構(gòu)圖、態(tài)密度圖和電荷密度圖進(jìn)行分析,結(jié)果表明邊緣修飾以后的鋸齒形硅烯納米帶存在局域邊緣態(tài)(Localized edge states),并且發(fā)現(xiàn)自旋極化方向相反即反鐵磁時費米(Fermi)能級附近的能帶打開,出現(xiàn)能隙。本論文一共分為五章,第一章簡要介紹了密度泛函理論;第二章介紹石墨烯、硅烯和硅烯納米帶的一些研究進(jìn)展;第三章探討了邊緣修飾對鋸齒形硅烯納米帶結(jié)構(gòu)的影響;第四章研究了邊緣修飾對鋸齒形硅烯納米帶電學(xué)性質(zhì)的影響;最后一章對本論文進(jìn)行了一個總結(jié)。
[Abstract]:With the continuous innovation of science and technology, the size of materials in electronic devices is decreasing. When reduced to nanometer order of magnitude, electronic volatility is significant, and materials exhibit strange excellent properties. Graphene (Grahpene) was successfully prepared in laboratory and found to have excellent properties. In the past decade, graphene and graphene based materials have been extensively and deeply studied, including fullerene, carbon nanotubes, graphene nanoribbons, and have been used in electronic devices. However, because graphene is a zero-band gap semiconductor, it can not be directly applied in practical electronic devices. Therefore, combining with the existing silicon-based technology, people have a strong interest in the study of silicene (Silicene). Silene is a new two-dimensional material with similar geometric structure to graphene. It has been proved in theory and experiment that it can exist stably and is compatible with the existing silicon based technology. Silicene will probably be one of the most suitable materials for modern electronic devices. It is particularly important to apply silicene nanomaterials to the cutting of materials in electronic devices and to determine their electrical properties. Cutting silicene or silicon nanotubes to obtain silyene nanobelts (Si NRs),) according to the difference of edge chirality, two kinds of high symmetry silicene nanoribbons: sawtooth silicon thin nanobelts (Zigzag Silicene Nanoribbons,) will be obtained. ZSi NRs) and armchair (Armchair Silicene Nanoribbons, for ASi NRs). Based on density functional theory (DFT), the electrical properties of sawtooth silicene nanobelts (ZSi NRs) are studied. The effects of different edge modification on the geometric structure and electrical properties of sawtooth silicene nanoribbons are discussed. We have selected hydrogen (H), fluorine (F), hydroxide (OH) and oxygen (O) to modify the edge of the zigzag silicene nanobelts and consider the exchange correlation between the edge electrons which makes the spin polarization direction different. There are nonmagnetic (Non-magnetic state,NM), ferromagnetic (Ferromagnetic state,FM) and antiferromagnetic (Anti-ferromagnetic state,AFM) states in serrated silicene nanowires. Based on density functional theory (DFT), we first optimize the geometric structure of zigzag silicene nanobelts in three spin magnetic states, and then calculate the energy band, the density of states and the charge density. The effect of edge modification of different chemical elements on the charged properties of silicene nanocrystalline was studied. In this paper, we found that silicene has hexagonal honeycomb structure similar to graphene, unlike graphene, two sets of triangular lattice are not in the same plane (that is, low-buckled hexagonal honeycomb structure). This is consistent with the structure in the literature. The edge chemical modification has little effect on the geometric structure, and the structure of the edge is slightly changed by the stress. Then, the band structure, density of states and charge density are analyzed. The results show that the zigzag silicene nanobelts have localized edge (Localized edge states), after edge modification. It is also found that the energy band near the Fermi (Fermi) energy level is open in the opposite direction of spin polarization, that is, in the antiferromagnetic field, and the energy gap appears. This thesis is divided into five chapters. Chapter one introduces the density functional theory, the second chapter introduces the research progress of graphene, silicene and silicene nanobelts, the third chapter discusses the effect of edge modification on the structure of zigzag silicene nanoribbons. In chapter 4, the effect of edge modification on the charge-induced properties of zigzag silicene nanocrystalline is studied. In the last chapter, a summary of this thesis is given.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O613.72;TB383.1

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本文編號：2390746