二维材料生长制备中的界面效应

发布时间：2020-12-11 03:38

　　基于自旋极化的第一性原理计算,我们研究了二维材料（硅烯、锗烯和Al-Ge合金锗烯）在支撑衬底上的结构模型以及界面效应对二维材料生长制备的影响。首先,我们研究了硅烯在不同金属衬底上的结构以及界面相互作用对二维Si材料生长制备的影响。基于能量的稳定性分析,SRT7-1T是Cu、Pt和Ir金属衬底上最稳定的硅烯构型。然而,SRT7硅烯构型在Au、Ag和Al金属衬底上的稳定性很差,能量比其基态结构至少低0.12 eV/atom。Au（111）衬底上硅烯的基态结构为SRT13-1T。在Ag（111）和Al（111）衬底上,最稳定的硅烯构型均为BHS-6T,其低位异构体（Ag:SRT12-2T、SRT13-1T和Al:SRT13-4T、SRT12-3T）的稳定性相比于BHS-6T仅小于19 meV/atom。因此,在控制良好的实验条件下,它们在实验中被制造出来的概率大致是相等的。另外,计算和讨论了硅烯/金属衬底系统的键长和键能、差分电荷密度以及剥离能。我们发现二维Si材料与Pt和Ir金属衬底具有很强的相互作用。其次,我们研究了锗烯在支撑衬底（金属和合金衬底）上的结构以及近表面合金效应对二维Ge材料... 

【文章来源】：济南大学山东省

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

实验上制备出的硅烯生长构型的结构示意图

济南大学硕士学位论文15一致[18]。图3.2SRT7-1T、SRT12-2T、SRT13-1T和BHS-6T硅烯构型在不同金属（Cu、Ag、Au、Pt、Ir和Al）衬底作用下其结构特征发生变化的结构示意图。结构示意图只显示了支撑衬底的两个顶层。黑色的菱形是计算中使用的周期性单胞。颜色小球的定义如图3.1所述。对于Au（111）衬底，SRT12-2T和SRT13-1T硅烯结构保持了原有硅烯构型的所有特征。BHS-6T和SRT7-1T硅烯构型虽然保留了原有结构的基本特征，但其突起的Si原子分别有2和1个降低到硅烯基准面内，我们分别称其为BHS-4T和SRT7。BHS-4T、SRT12-2T和SRT13-1T硅烯构型中突起的Si原子与硅烯基准面的平均垂直距离分别为0.91、1.26和1.39。由表格3.1可以看出，SRT13-1T硅烯构型为Au（111）衬底上的基态结构。第一低位异构体SRT12-2T硅烯构型的稳定性比SRT13-1T低25meV/atom。SRT13-1T的能量释放Eer比BHS-4T和SRT7分别高0.029和0.169eV/atom。与Ag（111）衬底上的情况相似，SRT7硅烯构型在能量上处于劣势，从硅烯形成的角度，实验上制备出来的概率较低。从理论计算的角度分析，SRT13-1T硅烯构型应为Au（111）衬底

济南大学硕士学位论文17其在实验上制备出来的概率相对较低。而SRT12-4T和SRT13-4T硅烯构型的能量释放Eer与BHS-6T之间相差仅小于19meV/atom，因此，BHS-6T、SRT12-3T和SRT13-4T硅烯构型在实验上被制造出来的机会大致是相等的。图3.3Cu、Ag、Au、Pt、Ir和Al金属衬底上硅烯的基态结构示意图以及相对应的在-1.5V偏置电压下的STM模拟图。结构示意图只显示了支撑衬底的两个顶层。黑色和黄色的菱形是计算中使用的周期性单胞。图中颜色球的描述同图3.1。考虑到已经在实验上制备出的硅烯构型的STM研究，采用TesoffandHamann方法[120]对不同金属衬底上硅烯的基态结构模拟了-1.5V偏置电压下的STM图像。不同金属衬底上硅烯的基态结构以及STM模拟图如图3.3所示。其中Ag（111）和Ir（111）衬底上硅烯构型的STM模拟图像与实验上观测的亮点一致，从而说明我们计算方法的准确性。对于Cu、Au、Pt和Ir金属衬底上硅烯的基态结构，其STM图案均具有三角形排列的亮点；对于Ag和Al金属衬底，其基态构型的STM图像由两个三边形亮点组成


本文编号：2909839