蜂窝状石墨烯、硅烯电子结构的界面效应研究

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1、学校代码10530学号201431101219分类号O469密级硕士学位论文蜂窝状石墨烯、硅烯电子结构的界面效应研究学位申请人孔丽玉指导教师曹觉先学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理二零一七年五月十六日TheinterficialeffectontheelectronicstructureofgrapheneandsiliceneCandidateKongLiyuSupervisorProfessorCaoJuexianCollegeSchoolofPhysicsandOptoelectronics

2、ProgramPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay16th,2017摘要界面对材料的性能起着十分重要的作用。由于界面的存在，使得界面处电荷的分布与块体材料明显不同。因此，界面对材料的电子性质、输运性质、化学吸附、力学性质、各向异性等性能产生十分重要的影响。材料的界面设计逐渐成为了调控材料性质的重要手段，特别是在二维材料中，界面结构的设计是提高材料光催化性能、储存性

3、能的重要手段。本论文主要以第一性原理为手段，研究了C2N与石墨烯异质结的电子性质和硅烯的小角晶界结构，其主要结论如下：一、C2N/Graphene（C2N/G）异质结研究。利用第一性原理计算，我们系统研究了石墨烯与C2N构成的层间异质结（范德瓦尔斯异质结）和面内异质结的电子结构特征。计算结果表明，这两类异质结中，石墨烯的带隙均被打开。对于层间异质结，石墨烯的带隙打开被是由对称性被破坏所导致的，其带隙宽度可通过调节层间距加以调控。对于面内异质结，量子限域效应导致石墨烯的带隙被打开，其带隙宽度随着石墨烯的宽度增大而减小。这

4、些结果表明C2N/Graphene异质结不仅能被用于制作高性能FETs的电子材料和还能用于光催化水分解。二、硅烯晶界的研究。利用第一性原理，我们探讨了硅烯晶界模型。值得特别°指出的是，当矢量T与T两矢量的夹角为60时，将形成一类无缝晶界。计算表明这12类无缝晶界的形成能与晶胞形状、方向并无关联，仅取决于晶界的宽度，且与宽度呈正比关系。最后我们采用第一性原理模拟了该晶界的STM图像，发现晶面处的原子的亮度明显高于其他原子。STM模拟有助于实验观测者辨认无缝晶界模型。关键词：石墨烯，硅烯，C2N，异质结，晶界，界面IA

5、bstractInterfaceplaysaveryimportantroleintheperformanceofmaterials.Becauseoftheexistenceoftheinterface,thechargedistributionattheinterfaceisobviouslydifferentfromthatofbulkmaterials.Therefore,ithasaveryimportantinfluenceontheelectronicproperties,transportpropert

6、ies,chemicaladsorption,mechanicalpropertiesandanisotropyofmaterials.Theinterfacedesignmaterialsgraduallybecometheimportantmeansofregulatingthematerialproperties,especiallyinthetwo-dimensionalmaterial,designofinterfacestructureistoimprovethephotocatalyticproperti

7、es,animportantmeansofstorageperformance.ThisthesisismainlybasedonthefirstprincipleasameansofelectronicpropertiesofC2Nandgrapheneheterojunctionandthesmallanglegrainboundarystructureofsilicene.Themaintheconclusionsareasfollows:First,byusingthefirstprinciplecalcula

8、tions,wesystematicallystudiedtheelectronicstructurecharacteristicsofgrapheneandC2Ncomposedofinterlayerheterostructure(VanDerWaalsheterostructure)andin-planeheterojunc