硅烯单边吸附卤素原子的电子性质研究

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1、学校代码10530学号201510121240分类号O414密级硕士学位论文硅烯单边吸附卤素原子的电子性质研究学位申请人徐海桥指导教师毛宇亮教授学院名称物理与光电工程学院学科专业电子科学与技术研究方向光电子技术二零一八年六月IFunctionalizationtheelectronicpropertiesofsilicenebyhalogenatomsunilateraladsorption:Afirst-principlesstudyCandidateHaiqiaoXuSupervisorProfessorYuliangMaoCollegePhysic

2、sandOptoelectronicsProgramOptoelectronicTechnologySpecializationElectronicScienceandTechnologyDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune,2018IIIII摘要硅烯是一种拥有扣蜂窝状晶格结构的新型类石墨烯二维材料，与石墨烯完美的平面结构不同的是硅烯的单原子层是由翘曲高度为0.44Å的两层等价硅原子构成。硅烯和石墨烯一样，拥有优良的电子性能，而且能与当今以硅为基底的半导体技术相兼容。目

3、前，在超高真空条件下已经成功的在基底Ag(111)、ZrB2(0001)、MoS2(0001)和Ir(111)表面上合成了单层硅烯。硅烯与石墨烯一样是具有零带隙的半导体，考虑电子自旋轨道耦合效应的带隙也仅为1.55meV。为了充分利用硅烯优良的电子性能，如何打开其带隙的问题得到了广泛的关注。本论文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，系统地研究了单边卤化硅烯Si2X1(X=F、Cl、Br、I)的结构、电子和磁性质，并探讨了应变对单边卤化硅烯电子性质的调控机理，得到的主要结论有：1.通过分析单边卤化硅烯Si2X1(X=F、Cl、Br、I)的计算结果，发

4、现卤素原3子与硅烯以成sp键角的方式相结合。卤素原子从相邻的Si原子处得到电子，并与该原子形成σ共价键。卤素原子的单边吸附使得硅烯的蜂窝状结构中翘曲高度更高。形成能的计算表明，单边卤化硅烯具有比纯硅烯更好的热力学稳定性。其中，单边氟化硅烯Si2F1的形成能最低，表明其更有利于形成新型的储氟材料。单边卤化硅烯Si2X1(X=Cl、Br、I)表现为半金属性质，每个原胞拥有接近1μB的总磁矩，它们在硅基纳米自旋电子学领域具有重要的应用前景。2.对单边卤化硅烯Si2X1(X=F、Cl、Br、I)施加对称的弹性拉伸应变，发现当应变增加到12.9%时，单边氟化硅烯S

5、i2F1由金属性转变为半金属性。而对于其它单边卤化硅烯Si2X1(X=Cl、Br、I)，随着对称应变的增加，出现半金属-半导体-半金属-金属性质的转变。自旋分裂能带的导带底（CBM）和价带顶（VBM）的电荷密度说明了能带结构在对称应变下的转变。单边氟化硅烯Si2F1的总磁矩随着拉伸应变的增加从最初的0μB单调增加到1μB。这一结果表明了单边氟化硅烯受应变调制的电子和磁效应。施加非对称应变时，单边溴化硅烯Si2Br1的能带结构具有与对称应变类似的能带转变特征，但在平行于锯齿型或扶手椅型两个方向由应变诱导的能带变化的速度和幅度具有差异。泊松比在两个方向上的不

6、同反映了这种带隙变化的各向异性。关键词：硅烯；单边吸附；第一性原理；应变IVAbstractSiliceneisanewtypeoftwo-dimensional(2D)graphene-likematerialwithbuckledhoneycomblatticestructure.Duetothedifferencewiththeperfectplanarstructureingraphene,themonolayersiliceneiscomposedbytwolayersofequivalentsiliconatomswithabucklingh

7、eightof0.44Å.Siliceneinheritestheexcellentelectronicpropertiesofgrapheneandcanbecompatiblewellwithtoday'ssilicon-basedsemiconductortechnology.Atpresent,monolayersilicenehasbeensuccessfullysynthesizedonanumberofsubstratesunderultrahighvacuumsuchasAg(111),ZrB2(0001),MoS2(0001),andI

8、r(111).Siliceneisasemiconductorwithzerob