本文關(guān)鍵詞：新型二維材料電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究

  更多相關(guān)文章： 第一性原理 二維納米材料 帶隙 磁性 電荷

【摘要】：納米電子器件已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)不可缺少的一部分。納米電子器件的發(fā)展直接影響著人們生活水平的高低。為此,人們希望設(shè)計(jì)出更加小型化、便捷化、集成化、功能化的納米電子器件。眾所周知,納米電子器件由納米材料制作而成。因此,納米材料特性的好壞將直接決定納米電子器件性能的好壞。本文通過(guò)第一性原理計(jì)算對(duì)一些新型的二維納米材料的特性進(jìn)行調(diào)控研究,希望找到調(diào)節(jié)二維納米材料的內(nèi)在機(jī)制,得出普適性的規(guī)律。我們相信,這些研究將有效的改善二維納米材料的特性,為最終提高二維納米電子器件的性能起到一定的作用。主要的結(jié)論如下:1.系統(tǒng)的研究了硅(Si)替位在石墨烯(graphene)中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),Si替位將破壞graphene的對(duì)稱性并形成含有一定離子成分的C-Si鍵,從而最終影響graphene的帶隙。Graphene的帶隙將隨著Si濃度的增加而增加,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)于graphene帶隙的調(diào)控目的。利用graphene帶隙的有效變化,我們從理論上設(shè)計(jì)了一種量子阱裝置。如果Si在graphene中的替位區(qū)域足夠大,這個(gè)量子阱裝置將變得十分的穩(wěn)定。穩(wěn)定的量子阱裝置將在光散射方面發(fā)揮一定的應(yīng)用。2.系統(tǒng)的研究了金屬原子替位在氮化硼(BN)中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),替位的幾何結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性與替位原子的種類和替位類型有著密切的關(guān)系。金屬原子替位可以使BN表現(xiàn)出許多不同的物理現(xiàn)象。金屬原子替位不但可以使BN產(chǎn)生磁性,而且還可以改變BN的帶隙。因此,我們可以通過(guò)替位不同的金屬原子對(duì)于BN的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控,使BN在磁性和其它新的領(lǐng)域得到應(yīng)用。3.系統(tǒng)的研究了各種空位缺陷在硫化鉬(Mo S2)中的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),鋸齒形空位簇可以有效的引入和調(diào)控MoS2的磁性態(tài)。其中,三角形鋸齒空位簇使Mo S2表現(xiàn)出鐵磁性的特征,矩形和環(huán)形鋸齒空位簇使Mo S2表現(xiàn)出反鐵磁性的特征。值得注意的是,我們可以通過(guò)調(diào)節(jié)空位簇的構(gòu)型、空位簇的間距以及空位簇的尺寸有效的調(diào)控MoS2磁矩的大小、磁性態(tài)以及磁性態(tài)的穩(wěn)定能力。這些研究將使Mo S2在磁性相關(guān)的領(lǐng)域得到一定的應(yīng)用。4.系統(tǒng)的研究了各種空位缺陷在類石墨烯鍺烷(germanane)中的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究得到了兩個(gè)主要結(jié)論。第一,氫(H)空位簇可以有效的引入和調(diào)控germanane的磁性態(tài)。Germanane的磁矩將隨著H空位簇尺寸的增大而增大。磁性態(tài)的有效控制為germanane在磁性領(lǐng)域方面的應(yīng)用起到了一定的作用。第二,H空位簇還可以有效的控制germanane的電荷分布。電荷分布的有效控制為germanane在光電子器件方面的應(yīng)用起到了一定的作用。5.系統(tǒng)的研究了graphene在氧化鋅(ZnO)基底上的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),grapnene和ZnO之間存在著弱的相互作用,這種弱的相互作用也將破壞graphene的對(duì)稱性,從而使graphene產(chǎn)生微弱的帶隙。當(dāng)graphene和ZnO之間的距離變小時(shí),不但graphene的帶隙開始增大,而且graphene的電子有效質(zhì)量也開始增大。因此,基于這兩個(gè)變化,我們認(rèn)為,graphene的電子有效質(zhì)量和帶隙之間存在著一種補(bǔ)償關(guān)系。令人慶幸的是,通過(guò)擬合,計(jì)算得到的graphene在ZnO表面的電子遷移速率依然非常的高。所以,較高的電子遷移速率和一定的帶隙使graphene成為了理想的晶體管材料。6.系統(tǒng)的研究了BN在Co(111)基底上的幾何結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),BN和Co(111)基底存在著一定的相互作用,這種相互作用將使BN產(chǎn)生一定的磁性。進(jìn)一步研究表明,BN的磁性主要來(lái)于費(fèi)米線處的σ態(tài),并且BN在費(fèi)米線處的自旋極化率達(dá)到了90%。因此,在費(fèi)米線處,這樣高的自旋極化將確保單自旋電子被有效的通過(guò),從而使BN在自旋輸運(yùn)上得到應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：第一性原理 二維納米材料 帶隙 磁性 電荷
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 新型二維納米材料的研究進(jìn)展15-20
• 1.1.1 Graphene的研究進(jìn)展15-16
• 1.1.2 BN的研究進(jìn)展16-18
• 1.1.3 Mo S2的研究進(jìn)展18-19
• 1.1.4 Germanane的研究進(jìn)展19-20
• 1.2 電子結(jié)構(gòu)調(diào)控的方法和意義20-24
• 1.2.1 摻雜調(diào)控和意義21-22
• 1.2.2 空位調(diào)控和意義22
• 1.2.3 基底調(diào)控和意義22-23
• 1.2.4 其它形式的調(diào)控和意義23-24
• 1.3 選題的目的和意義24-25
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排25-27
• 第二章 理論計(jì)算方法27-36
• 2.1 計(jì)算方法27-28
• 2.2 計(jì)算理論28-33
• 2.2.1 基本近似方法29-30
• 2.2.2 HOHENBERG-KOHN定理和KOHN-SHAM方程30-31
• 2.2.3 交換相關(guān)勢(shì)31-32
• 2.2.4 贗勢(shì)近似32-33
• 2.3 計(jì)算軟件包33-34
• 2.4 計(jì)算步驟34-36
• 第三章 Si替位對(duì)于graphene電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究36-45
• 3.1 引言36
• 3.2 計(jì)算方法36-37
• 3.3 參數(shù)測(cè)試37-39
• 3.4 結(jié)果和討論39-44
• 3.4.1 替位結(jié)構(gòu)的內(nèi)聚能39
• 3.4.2 替位結(jié)構(gòu)的形成過(guò)程39-40
• 3.4.3 替位結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)40-41
• 3.4.4 替位結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)41-42
• 3.4.5 替位結(jié)構(gòu)的應(yīng)用42-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 磁性金屬原子替位對(duì)于BN電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究45-54
• 4.1 引言45-46
• 4.2 計(jì)算方法46
• 4.3 參數(shù)測(cè)試46-48
• 4.4 結(jié)果和討論48-53
• 4.4.1 替位結(jié)構(gòu)的能聚能48-49
• 4.4.2 替位結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)49-50
• 4.4.3 替位結(jié)構(gòu)的電子結(jié)構(gòu)50-53
• 4.5 本章小結(jié)53-54
• 第五章 空位對(duì)于MoS2電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究54-68
• 5.1 引言54-55
• 5.2 計(jì)算方法55
• 5.3 參數(shù)測(cè)試55-57
• 5.4 結(jié)果和討論57-67
• 5.4.1 MoS_257-58
• 5.4.2 原子空位58-60
• 5.4.2.1 原子空位的形成能58-59
• 5.4.2.2 原子空位的幾何結(jié)構(gòu)59
• 5.4.2.3 原子空位的電子結(jié)構(gòu)59-60
• 5.4.3 空位簇60-64
• 5.4.3.1 空位簇的形成能60-61
• 5.4.3.2 空位簇的幾何結(jié)構(gòu)61-62
• 5.4.3.3 空位簇的電子結(jié)構(gòu)62-64
• 5.4.4 空位簇的耦合64-67
• 5.5 本章小結(jié)67-68
• 第六章 空位對(duì)于germanane電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究68-81
• 6.1 引言68
• 6.2 計(jì)算方法68-69
• 6.3 參數(shù)測(cè)試69-71
• 6.4 結(jié)果和討論71-80
• 6.4.1 Germanane71
• 6.4.2 氫空位71-73
• 6.4.2.1 氫空位的形成能71-72
• 6.4.2.2 氫空位的幾何結(jié)構(gòu)72
• 6.4.2.3 氫空位的電子結(jié)構(gòu)72-73
• 6.4.3 空位簇73-80
• 6.4.3.1 空位簇的形成能73-74
• 6.4.3.2 空位簇的幾何結(jié)構(gòu)74-76
• 6.4.3.3 空位簇的電子結(jié)構(gòu)76-80
• 6.5 本章小結(jié)80-81
• 第七章 ZnO基底對(duì)于graphene電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究81-90
• 7.1 引言81-82
• 7.2 計(jì)算方法82
• 7.3 參數(shù)測(cè)試82-84
• 7.4 結(jié)果和討論84-89
• 7.4.1 Graphene在ZnO表面的幾何結(jié)構(gòu)84
• 7.4.2 Graphene在ZnO表面的電子結(jié)構(gòu)84-86
• 7.4.3 間距對(duì)graphene帶隙的影響86-88
• 7.4.4 間距對(duì)graphene有效質(zhì)量的影響88-89
• 7.5 本章小結(jié)89-90
• 第八章 Co(111)基底對(duì)于BN電子結(jié)構(gòu)的調(diào)控研究90-100
• 8.1 引言90
• 8.2 計(jì)算方法90-91
• 8.3 參數(shù)測(cè)試91-93
• 8.4 結(jié)果和討論93-98
• 8.4.1 BN在Co(111)表面的吸附能93-94
• 8.4.2 BN在Co(111)表面的幾何結(jié)構(gòu)94-95
• 8.4.3 BN在Co(111)表面的應(yīng)力曲線和吸附能曲線95-96
• 8.4.4 BN在Co(111)表面的電子結(jié)構(gòu)96-98
• 8.5 本章小結(jié)98-100
• 第九章 全文總結(jié)與創(chuàng)新性以及展望100-103
• 9.1 全文總結(jié)與創(chuàng)新性100-102
• 9.2 后續(xù)工作展望102-103
• 致謝103-104
• 參考文獻(xiàn)104-115
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果115-117

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 余旺苗,陳旭煒;納米材料及其在紡織工業(yè)中的應(yīng)用[J];東華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2001年06期

2 吳新建,林素英;納米材料及技術(shù)的應(yīng)用與展望[J];福建教育學(xué)院學(xué)報(bào);2001年02期

3 ;我國(guó)納米材料在化工領(lǐng)域的應(yīng)用[J];湖北化工;2001年02期

4 張海霞,張喜昌;納米材料及其在紡織上的應(yīng)用[J];河南紡織高等�？茖W(xué)校學(xué)報(bào);2001年03期

5 王貴軍;納米材料的制備及在化工方面的應(yīng)用[J];化學(xué)工程師;2001年01期

6 易楠;臺(tái)灣納米材料的研究與發(fā)展[J];海峽科技與產(chǎn)業(yè);2001年02期

7 ;全國(guó)第二屆納米材料和技術(shù)應(yīng)用會(huì)議在杭州召開[J];江蘇陶瓷;2001年02期

8 張方;納米材料發(fā)展之我見[J];精細(xì)與專用化學(xué)品;2001年01期

9 ;納米材料和納米結(jié)構(gòu)[J];中國(guó)科學(xué)院院刊;2001年06期

10 谷雨;我國(guó)納米材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀[J];中國(guó)非金屬礦工業(yè)導(dǎo)刊;2001年01期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 耿延玲;馮萍;匡少平;;ZnO納米材料的制備與表征[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第十二屆膠體與界面化學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

2 襲著革;;納米材料對(duì)心血管系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展[A];中國(guó)營(yíng)養(yǎng)學(xué)會(huì)特殊營(yíng)養(yǎng)第七屆學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議資料匯編[C];2009年

3 劉宏;;山東省納米材料科技發(fā)展報(bào)告[A];山東省材料發(fā)展報(bào)告(2007-2008)[C];2008年

4 張秋禹;謝鋼;羅正平;;納米材料在化工方面的應(yīng)用[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

5 周海光;李秀女;田中群;;納米材料的表面增強(qiáng)喇曼光譜研究[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

6 馮西橋;王剛鋒;余壽文;;納米材料有效性質(zhì)中的界面效應(yīng)[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

7 金曉鴻;;納米材料在船舶領(lǐng)域中的應(yīng)用[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（上冊(cè)）[C];2001年

8 王建山;馮西橋;秦慶華;;納米材料手性形貌形成的表面應(yīng)力機(jī)制[A];損傷、斷裂與微納米力學(xué)進(jìn)展：損傷、斷裂與微納米力學(xué)研討會(huì)論文集[C];2009年

9 張立;黃承志;;納米材料在生物醫(yī)藥光散射分析中的應(yīng)用[A];第十屆中國(guó)化學(xué)會(huì)分析化學(xué)年會(huì)暨第十屆全國(guó)原子光譜學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

10 張玲;劉曉勤;姚虎卿;;納米材料在催化領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2008年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)暨北京化工研究院建院50周年學(xué)術(shù)報(bào)告會(huì)論文集[C];2008年

中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 東方;納米材料走近紡織[N];中國(guó)紡織報(bào);2000年

2 本報(bào)記者 任麗梅;納米材料生產(chǎn)有了“標(biāo)準(zhǔn)”可依[N];中國(guó)改革報(bào);2005年

3 張曉楓;納米材料測(cè)試體系在上海建成[N];中國(guó)化工報(bào);2004年

4 駐浙江記者 董波;浙江省納米材料開發(fā)應(yīng)用協(xié)會(huì)成立[N];中國(guó)建材報(bào);2002年

5 本報(bào)記者 劉紀(jì)生;納米材料技術(shù)與鋼鐵工業(yè)結(jié)緣[N];中國(guó)冶金報(bào);2004年

6 徐風(fēng);我國(guó)發(fā)布七項(xiàng)納米材料國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[N];中國(guó)質(zhì)量報(bào);2005年

7 本報(bào)記者 孫明河;從房地產(chǎn)業(yè)到納米材料[N];科技日?qǐng)?bào);2000年

8 通訊員 蔣宏 記者 何連弟;大面積納米材料實(shí)現(xiàn)可操控排布[N];文匯報(bào);2002年

9 沈?qū)W友;納米材料安全嗎[N];中國(guó)國(guó)門時(shí)報(bào);2006年

10 岳陽(yáng);建立納米材料安全評(píng)估體系迫在眉睫[N];中國(guó)醫(yī)藥報(bào);2006年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 田廣茹;鉻、鉬、鎢氧化物和含氧酸鹽微/納米材料的合成與表征[D];山東大學(xué);2009年

2 穆慶鑫;功能化納米材料的生物效應(yīng)與分子機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2010年

3 劉迪;低維納米材料界面性質(zhì)的理論和模擬研究[D];吉林大學(xué);2010年

4 徐樹玲;銅基納米材料的液相合成與表征[D];山東大學(xué);2010年

5 王淑芬;幾種氧（硫）化物納米材料的制備及發(fā)光性質(zhì)的研究[D];山東大學(xué);2006年

6 許華勝;我國(guó)納米材料產(chǎn)業(yè)化機(jī)制研究[D];同濟(jì)大學(xué);2007年

7 郭江江;水相體系中軟模板法制備片狀聚苯乙烯納米材料[D];北京化工大學(xué);2008年

8 顧福博;乳液體系中新型納米材料的合成表征及其生成機(jī)理研究[D];北京化工大學(xué);2008年

9 呂春艷;氧化鋅微/納米材料的調(diào)控制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2012年

10 趙艷;銅系金屬及其氧化物納米材料的低溫液相合成與性能研究[D];吉林大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 葉秀平;納米材料及鉍膜修飾玻碳電極的研究和應(yīng)用[D];華中師范大學(xué);2009年

2 沈冉;低維納米材料的制備、性質(zhì)及應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

3 謝立娟;硫化鎘納米材料的合成及光催化性能研究[D];內(nèi)蒙古民族大學(xué);2010年

4 程思;壓力作用下幾種納米材料的性質(zhì)研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

5 任德香;納米材料的生物安全性研究進(jìn)展[D];東北師范大學(xué);2010年

6 譚琳;基于離子液體制備納米材料及其在電化學(xué)和生物傳感器中的應(yīng)用[D];云南師范大學(xué);2009年

7 劉燕妮;摻銪氟磷酸鍶納米材料的制備及其性能研究[D];復(fù)旦大學(xué);2009年

8 桂義才;錳二元化合物微/納米材料的合成及機(jī)理研究[D];上海交通大學(xué);2009年

9 杜偉杰;納米材料的制備及其在生物傳感和檢測(cè)中的應(yīng)用[D];華東師范大學(xué);2010年

10 宋雪原;納米材料在靶向藥物傳輸及生物分子檢測(cè)上的應(yīng)用[D];青島科技大學(xué);2010年

，

本文編號(hào)：596943