二維碳狄拉克材料的預(yù)測及其力學(xué)相變研究
發(fā)布時(shí)間：2021-07-12 18:00
由于碳原子最外層有四個(gè)價(jià)電子,它們之間可以形成包含sp,sp2和sp3雜化模式的各種化學(xué)鍵。因此可以形成不同尺寸,不同性質(zhì)的同素異形體。隨著石墨烯在實(shí)驗(yàn)上的成功合成,人們打開了碳的二維結(jié)構(gòu)研究的大門。二維碳納米材料由于其豐富獨(dú)特的物理性質(zhì)在各個(gè)領(lǐng)域上都具有很大的應(yīng)用。對于下一代基于碳的納米電子學(xué),人們迫切需要探尋各種易于合成的具有奇異特性的二維碳同素異形體。基于第一性原理計(jì)算,本文以炔鏈和對二甲苯的碳骨架為基本單元,設(shè)計(jì)得到了一個(gè)新的二維狄拉克半金屬——palgraphyne。我們的計(jì)算表明palgraphyne不僅在動力學(xué),熱力學(xué)（1000K）和機(jī)械力學(xué)上具有良好的穩(wěn)定性,并且其能量穩(wěn)定性比最近實(shí)驗(yàn)合成的β-graphdiyne還要好。由于其特殊的碳原子結(jié)構(gòu)框架,palgraphyne力學(xué)上,展現(xiàn)著很強(qiáng)的力學(xué)各向異性,其楊氏模量最大值與最小值的比達(dá)3.29。由于結(jié)構(gòu)和力學(xué)各向異性,palgraphyne的電子輸運(yùn)性質(zhì)也表現(xiàn)出各向異性,其扭曲的狄拉克錐在不同的k方向具有不同大小。有趣的是,palgraphyne的費(fèi)米速度最高值達(dá)到8.89×1...
【文章來源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：51 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同維度的碳的同素異構(gòu)體
內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文2BPC[28]和QPHT-graphene[21]），其所有原子通過sp2雜化連接。第二種類型是類似于graphyne的同素異形體（例如δ-[38]，α-[39]，β-graphyne[39]，6,6,12-graphyne[39]和cp-graphyne[40]），結(jié)構(gòu)中除sp2雜化的C原子之外還有sp雜化的C原子。第三種是多層準(zhǔn)2D結(jié)構(gòu)（例如，penta-graphene[23]和ph-graphene[36]），它們同時(shí)具有sp3雜化的四配位C原子和sp2雜化的C原子。此外，不同的2D碳同素異形體在許多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，金屬ψ-graphene已被證明是一種可以應(yīng)用于鋰離子電池的新型陽極材料[10]。具有窄直接帶隙的半導(dǎo)體graphenylene在電子設(shè)備和有效氫分離應(yīng)用中有廣泛的應(yīng)用[25]。ph-graphene是一種超軟的狄拉克半金屬，被認(rèn)為是柔性電子應(yīng)用的理想選擇[36]；thefusedpentagonnetwork是由緊密的五邊形環(huán)和大的十二邊形孔組成的金屬，其電子結(jié)構(gòu)在費(fèi)米能級處具有平坦色散帶，從而導(dǎo)致薄片上的自旋極化，極化的電子自旋是鐵磁有序的，并以0.62μB/nm2的磁矩分布在整個(gè)薄片中[26]。但是，與3D碳同素異形體相比，由于sp2和sp雜化方式的勢能表面比包含純sp3雜化更為簡單，因此2D碳同素異形體仍然很少。此外，到目前為止，實(shí)驗(yàn)上僅合成了很少的2D碳同素異形體[3,41,42]。尋找化學(xué)上穩(wěn)定且易于獲得的二維碳同素異形體已成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的熱門話題。圖1.2二維碳的同素異構(gòu)體。FIG1.2Two-dimensionalcarbonallotropes.
鼉哂興?依?俗兜慕諳甙虢鶚簦?捎糜詬咚俚繾由璞?[45]。實(shí)際上，形成狄拉克狀態(tài)的條件是非常嚴(yán)格的。根據(jù)馮·諾伊曼–維格納定理[46]，為了獲得Dirac材料，至少需要三個(gè)條件：（1）對稱性。結(jié)構(gòu)中對稱操作后，k點(diǎn)應(yīng)保持不變，對稱性太低或太高都是不利的；（2）參數(shù)——結(jié)構(gòu)需要合適的參數(shù)；（3）費(fèi)米能級和譜帶重疊。費(fèi)米能級應(yīng)位于狄拉克點(diǎn)上，除狄拉克點(diǎn)在費(fèi)米能級上重疊外，不應(yīng)有其他譜帶。目前，二維狄拉克材料非常稀少[46]，因此找到具有令人滿意的穩(wěn)定性并且具有出色性能的新型2D狄拉克半金屬是非常有意義的。圖1.4狄拉克費(fèi)米子的應(yīng)用。[43]FIG1.4ApplicationofDiracFermion.[43]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
本文編號：3280389
【文章來源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校
【文章頁數(shù)】：51 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同維度的碳的同素異構(gòu)體
內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文2BPC[28]和QPHT-graphene[21]），其所有原子通過sp2雜化連接。第二種類型是類似于graphyne的同素異形體（例如δ-[38]，α-[39]，β-graphyne[39]，6,6,12-graphyne[39]和cp-graphyne[40]），結(jié)構(gòu)中除sp2雜化的C原子之外還有sp雜化的C原子。第三種是多層準(zhǔn)2D結(jié)構(gòu)（例如，penta-graphene[23]和ph-graphene[36]），它們同時(shí)具有sp3雜化的四配位C原子和sp2雜化的C原子。此外，不同的2D碳同素異形體在許多領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。例如，金屬ψ-graphene已被證明是一種可以應(yīng)用于鋰離子電池的新型陽極材料[10]。具有窄直接帶隙的半導(dǎo)體graphenylene在電子設(shè)備和有效氫分離應(yīng)用中有廣泛的應(yīng)用[25]。ph-graphene是一種超軟的狄拉克半金屬，被認(rèn)為是柔性電子應(yīng)用的理想選擇[36]；thefusedpentagonnetwork是由緊密的五邊形環(huán)和大的十二邊形孔組成的金屬，其電子結(jié)構(gòu)在費(fèi)米能級處具有平坦色散帶，從而導(dǎo)致薄片上的自旋極化，極化的電子自旋是鐵磁有序的，并以0.62μB/nm2的磁矩分布在整個(gè)薄片中[26]。但是，與3D碳同素異形體相比，由于sp2和sp雜化方式的勢能表面比包含純sp3雜化更為簡單，因此2D碳同素異形體仍然很少。此外，到目前為止，實(shí)驗(yàn)上僅合成了很少的2D碳同素異形體[3,41,42]。尋找化學(xué)上穩(wěn)定且易于獲得的二維碳同素異形體已成為凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的熱門話題。圖1.2二維碳的同素異構(gòu)體。FIG1.2Two-dimensionalcarbonallotropes.
鼉哂興?依?俗兜慕諳甙虢鶚簦?捎糜詬咚俚繾由璞?[45]。實(shí)際上，形成狄拉克狀態(tài)的條件是非常嚴(yán)格的。根據(jù)馮·諾伊曼–維格納定理[46]，為了獲得Dirac材料，至少需要三個(gè)條件：（1）對稱性。結(jié)構(gòu)中對稱操作后，k點(diǎn)應(yīng)保持不變，對稱性太低或太高都是不利的；（2）參數(shù)——結(jié)構(gòu)需要合適的參數(shù)；（3）費(fèi)米能級和譜帶重疊。費(fèi)米能級應(yīng)位于狄拉克點(diǎn)上，除狄拉克點(diǎn)在費(fèi)米能級上重疊外，不應(yīng)有其他譜帶。目前，二維狄拉克材料非常稀少[46]，因此找到具有令人滿意的穩(wěn)定性并且具有出色性能的新型2D狄拉克半金屬是非常有意義的。圖1.4狄拉克費(fèi)米子的應(yīng)用。[43]FIG1.4ApplicationofDiracFermion.[43]
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]The rare two-dimensional materials with Dirac cones[J]. Jinying Wang,Shibin Deng,Zhongfan Liu,Zhirong Liu. National Science Review. 2015(01)
本文編號：3280389
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