【摘要】：自2004年石墨烯被發(fā)現(xiàn)以來(lái),二維材料的研究獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。與碳同主族的元素硅、鍺、錫等的二維材料相繼被制備出來(lái)。這些新型的二維材料與石墨烯一樣具有蜂窩狀的晶格結(jié)構(gòu),在能帶中存在狄拉克錐電子結(jié)構(gòu),因此具有豐富的物理性質(zhì)。但與石墨烯不同的是,這些新型二維材料都被預(yù)言具有一定大小的能隙。能隙的存在一方面使一些新奇的物理現(xiàn)象如量子自旋霍爾效應(yīng)等得以在這些材料中實(shí)現(xiàn),另一方面對(duì)擴(kuò)展二維材料的應(yīng)用領(lǐng)域也有幫助。因此,不斷發(fā)現(xiàn)新的二維材料,豐富和補(bǔ)充二維材料的性質(zhì),是二維材料研究領(lǐng)域的重要課題。在本論文中,我們利用分子束外延技術(shù)成功地制備出了一種新型的單元素二維材料硼烯。結(jié)合掃描隧道顯微鏡及第一性原理計(jì)算,我們對(duì)硼烯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行了研究。本文的主要內(nèi)容如下:1.利用分子束外延方法,在Ag(111)襯底上外延生長(zhǎng)B制備出了硼烯。通過(guò)掃描隧道顯微鏡研究發(fā)現(xiàn),B在Ag(111)表面主要有兩種結(jié)構(gòu),S1和S2,其中S1為低溫相,S2為高溫相。結(jié)合第一性原理計(jì)算,我們給出了這兩種結(jié)構(gòu)的合理模型。通過(guò)掃描隧道譜和密度泛函理論計(jì)算表征了這兩種結(jié)構(gòu)的電子性質(zhì),它們都具有金屬屬性。利用氧化實(shí)驗(yàn)測(cè)驗(yàn)出了硼烯的抗氧化性。另外,還觀察到了硼烯在Ag(111)表面的兩種亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu),S3和S4。掃描隧道譜顯示它們也具有金屬屬性。在S3中觀察到了一種特殊的疇界,疇界附近有一個(gè)邊界態(tài)。2.嘗試了通過(guò)分子束外延在Au(111)表面生長(zhǎng)硼烯。主要用了加溫生長(zhǎng)和室溫沉積退火兩種方式。加溫生長(zhǎng)時(shí),硼在Au(111)表面難以鋪展成膜,主要以團(tuán)簇的形式存在,而且Au(111)有明顯被B破壞的特征。室溫沉積再退火時(shí),表面能形成一些平整的膜,但這些膜結(jié)構(gòu)具有與Au(111)襯底相近的晶格結(jié)構(gòu),加之襯底Au(111)也總是表現(xiàn)出被破壞的特征,因此難以判斷這些膜是真正的硼烯還是B與Au形成的合金。3.通過(guò)分子束外延在Ag(110)表面制備出了硼烯納米帶。通過(guò)STM表征發(fā)現(xiàn),B在Ag(110)表面具有四種結(jié)構(gòu)。結(jié)合第一性原理計(jì)算,我們給出了這四種結(jié)構(gòu)的合理模型。與Ag(111)表面的硼烯不同,這四種結(jié)構(gòu)都是硼烯與Ag(110)襯底形成的超結(jié)構(gòu)。我們還統(tǒng)計(jì)了硼烯納米帶的寬度,發(fā)現(xiàn)它們具有較好的均勻性。
[Abstract]:Since the discovery of graphene in 2004, the research of two-dimensional materials has been developed by leaps and bounds. The two-dimensional materials, such as silicon, germanium, tin and so on, have been prepared. These new two-dimensional materials have honeycomb lattice structure as graphene and Dirac conical electronic structure in the energy band, so they have rich physical properties. However, unlike graphene, these new two-dimensional materials have been predicted to have a certain size of energy gap. On the one hand, the existence of energy gap enables some novel physical phenomena such as quantum spin Hall effect to be realized in these materials, on the other hand, it is helpful to expand the application field of two-dimensional materials. Therefore, the discovery of new two-dimensional materials to enrich and supplement the properties of two-dimensional materials is an important subject in the field of two-dimensional materials research. In this thesis, we have successfully prepared a new kind of single element two dimensional boroene by molecular beam epitaxy (MBE). The structure and properties of boronene were studied by scanning tunneling microscope (SEM) and first principle calculation. The main contents of this paper are as follows: 1. Boroene was grown on Ag (111) substrate by molecular beam epitaxy (MBE). Scanning tunneling microscopy (SEM) results show that there are two main structures on Ag (111) surface, S _ 1 and S _ 2, among which S _ 1 is a low-temperature phase and S _ 2 is a high-temperature phase. Combining the first principle calculation, we give the reasonable models of these two structures. The electronic properties of these two structures are characterized by scanning tunneling spectrum and density functional theory. The oxidation resistance of boroene was tested by oxidation test. In addition, two metastable structures (S _ 3 and S _ 4) of boroene on Ag (111) surface were also observed. Scanning tunneling spectra show that they also have metal properties. A special domain boundary is observed in S3. There is a boundary state. 2 near the domain boundary. Boronene was grown on au (111) surface by molecular beam epitaxy (MBE). There are two main ways of temperature growth and room temperature deposition annealing. It is difficult for boron to form films on au (111) surface at elevated temperature, mainly in the form of clusters, and au (111) is obviously destroyed by B. During room temperature deposition and reannealing, some flat films can be formed on the surface, but these films have lattice structures similar to au (111) substrates, and au (111) substrates always exhibit the characteristics of destruction. Therefore, it is difficult to determine whether these films are true boron enes or alloys formed by B and au. Boron nanobelts were prepared on Ag (110) surface by molecular beam epitaxy (MBE). It was found by STM that there are four kinds of structures on Ag (110) surface. Based on the first principle calculation, we give a reasonable model of these four structures. Unlike boron on Ag (111), these four structures are superstructures formed by boron and Ag (110) substrates. We also calculated the width of boron nanobelts and found that they have good uniformity.
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O613.81

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 霖;;日本研制成功新型掃描隧道顯微鏡[J];材料導(dǎo)報(bào);1987年07期

2 李民乾,要小未;掃描隧道顯微鏡及其在生命科學(xué)中的應(yīng)用[J];物理;1991年04期

3 沙維;;掃描隧道顯微鏡在材料科學(xué)中的新應(yīng)用[J];材料科學(xué)與工程;1992年02期

4 馬自力,竺長(zhǎng)新,沈健,龐世瑾,薛增泉;用掃描隧道顯微鏡對(duì)材料進(jìn)行表面修飾的研究[J];真空科學(xué)與技術(shù);1993年01期

5 詹衛(wèi)伸;光子掃描隧道顯微鏡的物理基礎(chǔ)[J];大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào);1995年04期

6 彥卿;掃描隧道顯微鏡[J];鋼鐵研究學(xué)報(bào);1988年04期

7 白春禮;掃描隧道顯微鏡在表面化學(xué)中的應(yīng)用[J];大學(xué)化學(xué);1989年03期

8 郭軍,徐愉,李玉良,楊春,姚幼新,朱道本,白春禮;C_(60)Langmuir-Blodgett膜的掃描隧道顯微鏡研究[J];科學(xué)通報(bào);1992年19期

9 周增均,嚴(yán)雋玨;掃描隧道顯微鏡對(duì)氧化鐵薄膜的觀察[J];北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1993年03期

10 金鶴齡;疲勞起始區(qū)掃描隧道顯微鏡觀察[J];材料工程;1994年Z1期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 姚駿恩;商廣義;賀節(jié);;大范圍高分辨掃描隧道顯微鏡的研究[A];第六次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1990年

2 梁景洪;劉玲;魏奕民;李紀(jì)軍;顏佳偉;毛秉偉;;掃描隧道顯微鏡裂結(jié)法測(cè)量銀量子電導(dǎo)[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)第04分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2010年

3 沈?qū)W浩;葉曦;;淺談教學(xué)型掃描隧道顯微鏡的使用與維護(hù)[A];第六屆全國(guó)高等學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2010年

4 金閑馳;衛(wèi)東;馬志博;戴東旭;楊學(xué)明;;用于表面光化學(xué)研究的低溫掃描隧道顯微鏡的設(shè)計(jì)、搭建與調(diào)試[A];第十三屆全國(guó)化學(xué)動(dòng)力學(xué)會(huì)議報(bào)告摘要集[C];2013年

5 李夢(mèng)超;傅星;胡小唐;;掃描隧道顯微鏡振動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的研究[A];全國(guó)生產(chǎn)工程第九屆年會(huì)暨第四屆青年科技工作者學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（二）[C];2004年

6 李彥;林昌健;卓向東;;掃描微電極與掃描隧道顯微鏡聯(lián)用系統(tǒng)及其微探針研究[A];2006年全國(guó)腐蝕電化學(xué)及測(cè)試方法學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2006年

7 李超;向菲菲;王仲平;劉小青;蔣丹鳳;王立;;通過(guò)掃描隧道顯微鏡對(duì)單個(gè)二氯酞菁錫分子在銅(100)表面的室溫操縱[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第29屆學(xué)術(shù)年會(huì)摘要集——第01分會(huì)：表面物理化學(xué)[C];2014年

8 李彥;胡融剛;卓向東;林昌健;;掃描微電極技術(shù)與掃描隧道顯微鏡聯(lián)用系統(tǒng)的研制[A];第十三次全國(guó)電化學(xué)會(huì)議論文摘要集（下集）[C];2005年

9 陳曦;;超高真空極低溫強(qiáng)磁場(chǎng)掃描隧道顯微鏡的研制[A];中國(guó)真空學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2006年

10 時(shí)東霞;Joshua B.Ballard;Erin S.Carmichael;Joseph W.Lyding;Martin Gruebele;;激光輔助掃描隧道顯微鏡對(duì)納米碳管的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（上冊(cè)）[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 本報(bào)記者 孫利華 實(shí)習(xí)生 許彬 通訊員 彭為民;“做自己想要做的事”[N];洛陽(yáng)日?qǐng)?bào);2006年

2 李含);諾獎(jiǎng)獲得者 Heinrich Rohrer做客清華論壇[N];新清華;2007年

3 毛黎邋馮衛(wèi)東;美德科學(xué)家提出電子器件存儲(chǔ)新機(jī)制[N];科技日?qǐng)?bào);2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 孟文杰;27T水冷磁體掃描隧道顯微鏡原子分辨率成像[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 王紀(jì)浩;高穩(wěn)定溶液掃描隧道顯微鏡研制及蛋白質(zhì)亞分子特征成像[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

3 鐘青;硼烯的分子束外延生長(zhǎng)及掃描隧道顯微鏡研究[D];中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院物理研究所);2017年

4 郭穎;適用于極端與惡劣環(huán)境中的掃描隧道顯微鏡的研制[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

5 李全鋒;超快與強(qiáng)磁場(chǎng)掃描隧道顯微鏡研制[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2012年

6 潘拴;金屬表面分子吸附體系表征與調(diào)控的掃描隧道顯微學(xué)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

7 侯玉斌;高精密掃描隧道顯微鏡及原子力顯微鏡研制[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

8 張超;不同襯底上分子的掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)發(fā)光研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

9 謝楠;超快激光耦合掃描隧道顯微鏡的研制和功能化材料的研究[D];南開(kāi)大學(xué);2013年

10 王俊聽(tīng);低溫掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)研制及層狀材料缺陷研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉佩;掃描隧道顯微鏡研究芴衍生物在石墨表面的自組裝[D];華南理工大學(xué);2015年

2 姜建偉;多層鋅卟啉分子薄膜掃描隧道顯微鏡誘導(dǎo)發(fā)光[D];華東師范大學(xué);2015年

3 陽(yáng)朝龍;Bi_2Te_3(111)表面超薄Pb膜的制備以及Bi_2Te_3(111)表面與水的反應(yīng)[D];南京大學(xué);2016年

4 余玉婷;MPS自組裝的Au(111)單晶上的電沉積銅和鈀的掃描隧道顯微鏡的研究[D];福州大學(xué);2014年

5 李翔;關(guān)于掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)的研究[D];南京郵電大學(xué);2016年

6 韓旭;顯微監(jiān)控型掃描隧道顯微鏡研制[D];浙江大學(xué);2016年

7 伏明明;大范圍、高深—寬比掃描隧道顯微鏡技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2010年

8 李俚;檢測(cè)超精表面的掃描隧道顯微鏡樣機(jī)的研制及應(yīng)用研究[D];廣西大學(xué);2002年

9 馬尚行;掃描隧道顯微鏡的新方法研究和系統(tǒng)研制[D];浙江大學(xué);2005年

10 張建明;掃描隧道顯微鏡運(yùn)行及圖像重建軟件研究[D];重慶大學(xué);2003年

，

本文編號(hào)：2147698