二維材料因其獨(dú)特的性質(zhì)受到人們的廣泛關(guān)注。石墨烯是首個(gè)實(shí)驗(yàn)制備出的二維材料,不同于富勒碳、碳納米帶,石墨烯具有超強(qiáng)的機(jī)械性質(zhì)、高的電子遷移率等優(yōu)點(diǎn)。石墨烯的優(yōu)異性能激發(fā)人們?nèi)ふ腋嗟�、具有�?yōu)異性能的二維材料。大量的二維材料被理論預(yù)言并且被成功制備,其中二維材料的同素異構(gòu)體為尋找新型二維材料的方向。而元素替代摻雜和引入缺陷是在非磁性的二維半導(dǎo)體材料中引入磁性的有效手段。近年來,作為新的量子材料,拓?fù)浒虢饘俸屯負(fù)浣饘偈艿饺藗兊年P(guān)注。目前理論預(yù)言和實(shí)驗(yàn)證實(shí)的二維node-line拓?fù)浒虢饘俸屯負(fù)浣饘龠�很少,尋找新的、實(shí)驗(yàn)上有可能實(shí)現(xiàn)的二維node-line拓?fù)浒虢饘俸屯負(fù)浣饘賹?duì)于拓?fù)浒虢饘俸屯負(fù)浣饘俚难芯烤哂兄匾饬x。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算,研究探索了空位和非金屬原子替代摻雜對(duì)單層砷烯電子結(jié)構(gòu)和磁學(xué)性質(zhì)的影響,預(yù)言了單層IV-V半導(dǎo)體IVBi（IV=Si,Ge,Sn）的二維同素異構(gòu)體—單層T-IVBi（IV=Si,Ge,Sn）以及IV族元素鍺和錫的具有四方結(jié)構(gòu)的二維同素異構(gòu)體—單層T-Ge和T-Sn,并且研究了它們的幾何結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和物理性質(zhì)。本文的主要結(jié)果如下:1.計(jì)算... 

【文章來源】：吉林大學(xué)吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

(a)石墨烯的幾何結(jié)構(gòu)圖；(b)石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)圖；(c)費(fèi)米能級(jí)[33]

圖 1.1 (a)石墨烯的幾何結(jié)構(gòu)圖；(b)石墨烯的電子能帶結(jié)構(gòu)圖；(c)費(fèi)米能級(jí)附近的線性色散關(guān)系[33]。(6,6,12)型石墨炔)、pentahexoctite[34]、haeckelite[35]和 T-graphene[36, 37]等，這些碳的二維同素異構(gòu)體具有不同于石墨烯的優(yōu)異性質(zhì)。比如 graphdiyne 和 γ 型石墨炔都是直接帶隙半導(dǎo)體，帶隙值約為 0.46 eV[32, 38, 39]；單層 T-graphene 的晶體結(jié)構(gòu)可以看成是碳原子組成的 4-8 環(huán)周期排列形成的結(jié)構(gòu)，其晶格為四方晶格，如圖 1.2(a)所示。T-graphene 是半金屬，但不同于石墨烯，T-graphene 價(jià)帶和導(dǎo)帶在費(fèi)米能級(jí)處的相交點(diǎn)在第一布里淵區(qū)形成一個(gè)閉合的環(huán)，如圖 1.2(b)所示；Graphdiyne 的空穴遷移率和電子遷移率[38]分別為 1.97×104cm2V 1s 1和2.81×104cm2V 1s 1。Li 等人[40]在實(shí)驗(yàn)上成功地制備出大面積的 graphdiyne。

鍺烯的費(fèi)米速度[43]分別高達(dá) 5.1×105m/s 和 3.8×105m/s。2013 年，單層錫烯(stanene)也被理論預(yù)測(cè)是穩(wěn)定的，其晶體結(jié)構(gòu)同硅烯和鍺烯類似。值得注意的是，有關(guān)計(jì)算報(bào)道硅烯[44]、鍺烯[44]和錫烯[45]都是量子自旋霍爾(quantum spinHall，QSH)絕緣體，它們的帶隙分別為 1.55 meV、23.9 meV 和 100 meV，如圖 1.3(b)-(d)所示。由于具有時(shí)間反演對(duì)稱性，硅烯、鍺烯和錫烯的邊界上存在一對(duì)螺旋邊緣態(tài)，自旋相反的電子沿相反方向傳輸，因此在它們的邊界上可以實(shí)現(xiàn)無損耗的自旋輸運(yùn)。2012 年，F(xiàn)eng 等人[2]采用分子束外延技術(shù)在 Ag(111表面生長(zhǎng)出單層硅烯，同時(shí)證實(shí) Dirac 費(fèi)米子的存在。相比于硅烯，鍺烯和錫烯的實(shí)驗(yàn)制備要稍晚一些，2014 年，Dávila 等人[3]利用分子束外延技術(shù)在 Au(111的表面制備出單層鍺烯。鍺烯具有出色的光、電特性，在未來的光、電子器件中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。2015 年，同樣利用分子束外延的技術(shù)，Zhu 等[4]人在Bi2Se3的表面制備出了單層錫烯。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A new member of the topological semimetals family[J]. Hongming Weng,Chen Fang,Zhong Fang,Xi Dai.  National Science Review. 2017(06)
[2]Two-Dimensional Node-Line Semimetals in a Honeycomb-Kagome Lattice[J]. 盧金煉,羅偉,李雪陽,楊晟祺,曹覺先,龔新高,向紅軍.  Chinese Physics Letters. 2017(05)



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