采用基于密度泛函理論的第一性原理計算方法,對新型碳單原子層平面結(jié)構(gòu)——C₆₄-石墨炔的硼、氮摻雜結(jié)構(gòu)進行研究.當(dāng)硼原子分別替代C₆₄-石墨炔中碳六元環(huán)和四元環(huán)上的一個碳原子時,獲得穩(wěn)定的四元環(huán)位B摻雜C₆₄-石墨炔結(jié)構(gòu)和六元環(huán)位B摻雜C₆₄-墨炔結(jié)構(gòu)（簡稱B4環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和B6環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)）.兩種結(jié)構(gòu)仍然表現(xiàn)為二維平面結(jié)構(gòu),晶格常數(shù)分別為9.378×10^-10和9.383×10^-10m;當(dāng)硼和氮原子交替替代C₆₄-石墨炔中四元環(huán)和碳鏈上的碳原子時,得到鏈位B,N摻雜C₆₄-石墨炔穩(wěn)定平面結(jié)構(gòu)（簡稱BN鏈摻雜結(jié)構(gòu)）,晶格常數(shù)為9.393×10^-10m.單個硼原子摻雜的B4環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和B6環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)均因摻雜使體系由半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?硼、氮原子交替取代的BN鏈摻雜結(jié)構(gòu)是帶隙為2.56 eV的半導(dǎo)體. 

【文章來源】：上海大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2020,26(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

圖１晶格結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｌａｔｔｉｃｅ??－

第５期??李暉，等：硼氮摻雜Ｃ６４－石墨炔材料幾何及電子結(jié)構(gòu)第一性原理??８１９??Ｋ??（ｃ）?Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)??（ｄ）?ＢＮ鏈摻雜結(jié)構(gòu)??圖２能帶結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇ．?２?Ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??環(huán)己三烯結(jié)構(gòu)；而Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)由于硼碳鍵較長，使其六元環(huán)結(jié)構(gòu)中的鍵長不再是長短交替．??兩種．結(jié)構(gòu)碳鏈上仍然存在炔鍵，鍵長分別為１，２５４乂１０－１（）和１．２４９＼１０－１｜？１１１；利用硼原子和氮??庫子交替取代四元環(huán)和碳鏈上的碳？原：子，得到的ＢＮ鏈摻雜結(jié)構(gòu)中仍然存在壞己三烯單元，其??鏈上出現(xiàn)了硼、氮原子形成的炔鍵，鍵長為１．２８１?ｘ?１０－??為考證Ｂ４環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)、Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和ＢＮ鏈摻雜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，計算了這３種結(jié)構(gòu)在??ｒ點的聲子頻率．３種結(jié)構(gòu)原胞均有１８個原于，聲子計算分別得到５４支頻率．結(jié)果表明，所有??光學(xué)支譜馘在ｒ?Ａ均為班值；３支聲學(xué)支譜線在ｒ點雖然有食傲値其絕對值均小于０．１?Ｔｉｆｃ，??屬于計算壤差．ｒ點聲子計算結(jié)果進一步表明這３種摻雜方式仍能保證材料結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性．??２．２?電子結(jié)構(gòu)??本工作對上述，得到的３種單原子．層材料的電子結(jié)構(gòu)進行了計算．能帶結(jié)構(gòu)如圖２所承，??其中圖（ａ）是為了進行比較而給出的Ｇ．Ｓ４￣石墨炔能帶結(jié)構(gòu)，（ｂ）？（ｄ）分別對應(yīng)Ｂ４環(huán)摻雜結(jié)??構(gòu)、Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和ＢＮ鏈摻雜結(jié)構(gòu)的能帶圖．為了比較４種結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)特性，還在??表?１中給出了０？￣石：墨炔、：８４環(huán)，＿結(jié)構(gòu)、Ｂ６壞摻雜結(jié)構(gòu)，ＢＷ鏈摻雜結(jié)構(gòu)的費隙寬度以及??帶隙出現(xiàn)的位置．ＣＳ４－石墨按是ｑ種帶隙值為０．３５?ｅＶ的直接帶隙半導(dǎo)體，其價帶頂和導(dǎo)帶底??均出現(xiàn)在ＭｉＴ，處．摻雜后的Ｂ４環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和Ｂ

〇４??－３－２－１０１２３４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??０??－４－３－２－１０?１?２?３?４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｃ）?ＬＤＯＳ?（Ｂ）?（ｄ）?ＰＤＯＳ??圖３?Ｂ４環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)態(tài)密度圖??Ｆｉｇ．?３?Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｓｔａｔｅｓ?ｏｆ?Ｂ４ｒｉｎｇＣ－Ｃ６４?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??－４－３－２?－１?０?１?２?３?４?－４?－３－２－１０?１?２３４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ?Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ａ）?Ｔｏｔａｌ?ＤＯＳ?（ｂ）?ＬＤＯＳ?（Ｃ）??－４?－３?－２?－１?０?１?２?３?４?－４?－３－２－１０?１?２?３?４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ?Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｃ）?ＬＤＯＳ?（Ｂ）?（ｄ）?ＰＤＯＳ??圖４?Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)態(tài)密度圖??Ｆｉｇ．?４?Ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ?ｏｆ?ｓｔａｔｅｓ?ｏｆ?Ｂ６ｒｉｎｇＣ－Ｃ６４?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??－４－３－２－１０?１?２?３?４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ａ）?Ｔｏｔａｌ?ＤＯＳ??－３－２－１０１２３４??Ｅｎｅｒｇｙ／ｅＶ??（ｂ）?ＬＤＯＳ?（Ｃ）??－??—Ｂ??ｉ??１??１?—Ｂ??ｉ??ｉ??ｉ??ｉ??ｉ??２１??｜１４??００??〇??ｇ?７??！?—ｓ??！?……Ｐｘ??－！?；?－－Ｐｙ??１?ｉ?１?＿ＰＺ??＇．Ｍ?１?！???０??８２０?上洛報（自然科學(xué)版）?｜??表２?Ｃ６４－石墨炔、Ｂ４環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)、Ｂ６環(huán)摻雜結(jié)構(gòu)和ＢＮ鏈摻雜結(jié)構(gòu)的帶隙寬度與位置??Ｔａｂｌｅ?２?Ｂａｎｄ?ｇａｐｓ?ａｎｄ?ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?〇６

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳硅二炔結(jié)構(gòu)及性質(zhì)分子動力學(xué)模擬研究[J]. 顏笑,辛子華,張嬌嬌.  物理學(xué)報. 2013(23)



本文編號：3423344