本文基于第一性原理計算,使用廣義梯度近似方法（GGA）中的Perdew-Burke-Ernzerhof（PBE）交換關聯函數,對三類表面功能化的二維材料的幾何結構和電子性質進行研究,揭示其非平庸的拓撲態(tài),并通過應力調控實現材料不同量子態(tài)的轉變。我們相信這些具有優(yōu)良性質的材料將會促進拓撲絕緣體的發(fā)展和加速自旋納米電子器件的應用。首先,功能化基團非對稱吸附是實現二維材料化學改性的一種比較有效的手段,在此基礎上,我們構建N/O和H修飾的二維蜂窩狀錫烯結構。研究結果發(fā)現材料的能帶結構具有較大的Rashba自旋劈裂,并且表現出了p-p-s和p_xy-p_z-p_xy倆種類型的能帶反轉機制,而材料的非平庸量子態(tài)則通過Chern數、Z₂拓撲不變量和邊緣態(tài)密度圖得到了證明。通過Bader分析發(fā)現材料的磁性主要來源于功能化修飾的N/O原子,基于通過蒙特卡洛模擬得到SnOH的居里溫度為266K,與室溫接近。更有意義的是,對材料進行面內雙軸應力調控時可以實現不同量子態(tài)的轉變。這些優(yōu)異的性質為今后設計具有高“開-關”比并在室溫下... 

【文章來源】：濟南大學山東省

【文章頁數】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

常見的二維材料示意圖

艿焦惴旱墓刈ⅲ?飫嗖牧弦步蠮anus材料。而石墨烯因為容易進行光化學反應，所以可以進行聚甲基丙烯酸甲酯的轉移技術，即實現非對稱共價修飾的Janus石墨烯[49]，這也是第一個被實驗制備出來的二維非對稱材料。這類Janus材料的兩面不僅表現出不同的浸潤性，其能帶結構和晶格常數也會產生相應的變化，從而擴展材料的應用潛力和范圍。最近，由N和O原子非對稱修飾的鉛烯更是誘導了磁性的產生，并實現了量子反常霍爾效應[50]。因此我們希望通過使用對二維材料表面功能化的方法，幫助我們尋找性能更加優(yōu)良和新奇的二維拓撲材料。圖1-2(a)量子自旋霍爾絕緣體，(b)量子反�；魻柦^緣體，(c)狄拉克半金屬，(d)自旋谷耦合的狄拉克半金屬石墨烯受到廣泛關注的其中一個原因就是其線性的狄拉克錐[51-53]，而在深入研究后，又有一大批新的狄拉克材料被逐一報道出來。首先，根據狄拉克材料是否具有時間反演對稱保護，可大致將二維狄拉克材料分為兩類：其一是類石墨烯的狄拉克半金屬(Diracsemimetal)[54,55]，它們受到時間反演對稱保護，在自旋軌道耦合作用下成為量子自旋霍爾絕緣體，如圖1-2(a)；其二就是通過磁性金屬摻雜等方法破壞時間反演對稱的鐵磁狄拉克零帶隙半導體(Diracspingaplesssemiconductors)[56]，在自旋軌道耦合作用下成為了量子反�；魻栃�，如圖1-2(b)；還有一種狄拉克材料具有自旋軌道耦合狄拉克點(spin-orbitDiracpoint)[57]，不同于上文所討論的，他受非點式空間群保護，因此在自旋軌道耦合作用下并不會打開帶隙，如圖1-2(c)；最后一種是自旋谷耦合狄拉克半金屬(spin-valley-coupledDiracsemimetal)[58]，圖1-2(d)，更是不同于以上三種。自旋谷耦合狄拉克半金屬在不考慮自旋軌道耦合時是直接帶隙半導體，而在自身較強的自旋軌道耦合作用

哂薪锨康淖孕??道耦合效應，因此被認為具有石墨烯和硅烯所不擁有的奇妙特性。事實證明也確實如此，錫烯在實現量子自旋霍爾效應的同時，還具有較強的熱電性[79]和拓撲超導性[80]，這些都促使錫烯從同主族的二維材料中脫穎而出，成為研究重點。在2015年，Zhu等人更是通過分子束外延(MBE)的方法在半導體Bi2Te3(111)襯底上成功生長出錫烯[81]，如圖1-3所示，并通過掃描隧道顯微鏡(STM)可以看到錫烯薄膜是具有低褶皺的雙原子層結構。這次突破性的實驗，使得理論上的預測的材料得到了證實，這幫助拓撲學取得了長足的進步。圖1-3Bi2Te3(111)基底上錫烯的大面積STM圖


本文編號：3056934