几种新纳米材料稳定性、电子结构及相关性质的第一性原理研究

发布时间：2021-10-24 13:22

　　近年来以石墨烯为代表的二维纳米材料掀起了纳米电子学和材料学等多领域的研究热潮。新型二维纳米材料具有独特的几何构型和丰富而优异的电、光、力和磁等性质。最近,由V和13-15族元素组成的二维纳米结构也吸引着越来越多的目光。本文首先在绪论中简要介绍了纳电子学和纳米材料的发展,重点介绍了二维纳米材料的研究进展,接着介绍了研究方法和理论。在第三至五章中,整理了基于第一性原理有关三种低维纳米结构的研究工作:设计了氮烯（Nitrogene）的等电子对应结构Pmma-CO单层。这种结构具有2.4eV的直接带隙,其直接带隙性质在高达12%的应力下依然可以保持,并且在能量、动力学、热力学和力学上的有良好稳定性。Pmma-CO单层显示出优异的机械强度(面内刚度高达475.7 Nm^-1)。一旦合成,Pmma-CO单层将有望用于增强纳米聚合物复合材料的机械性能。还设计了具有1.56eV直接带隙的二维四方（t-）AlP纳米结构。在验证其稳定性的基础上,不仅研究了光、电和力学性质,还探讨了施加应力对电子性质的调控。发现t-AlP在相当小的双轴应力条件下可以发生直接-间接带隙和半导体-金属的性质... 

【文章来源】：南京邮电大学江苏省

【文章页数】：62 页

【学位级别】：硕士

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现代新科学研究范式

硕士研究生学位论文 第二章 理论条件，即不是稳定结构，则自动设置微调晶格参数，继续进行计构。进行几何优化的收敛条件可以根据具体的研究需要而定，一常用的条件有[39]：洽场收敛判据：对给定的结构体系连续两次自洽场计算得到的总能判据：每个原子所受的晶体内作用力即单个原子受力小于设定值力判据：每个结构模型单元中的应力小于设定值；移判据：连续两次结构参数变化引起的原子位移量小于设定值。各参数达到预设收敛值以内，即满足各收敛判据则可以认为优化一般来说，收敛判据精度要求越高，几何优化得到的结构越接近存要求会越高。

子谱进行初步判断，虚频的出现代表动力学的不稳定性。我们发现有 Pmma 对称性的另一种CO 单层结构有最低的能量。在其矩形原胞中有两个碳原子和两个氧原子，优化后的晶格常数a=2.64 和 b=2.27 ，如图 3.1（b）所示，接近于氧化石墨烯结构。平均 C-C 和 C-O 键长分别为 1.59 和 1.41 。沿着 a 方向，C 原子形成 Z 字形链，O 原子排列在两侧。沿 b 方向 C-O键起主干作用，每个 O 原子与两个 C 原子成键。3.2单层碳氧烯的稳定性在对可能的 CO 单层结构进行几何优化和初步的稳定性判断后，就可以针对其中最稳定的结构进一步论证其各方面的稳定性。在第一性原理理论计算中，我们可以从能量、频率、动力学、力学常数等多角度进行稳定性的验证和分析。对 Pmma-CO 单层，本节从结合能、声子谱、分子动力学和力学稳定判定四个角度研究其稳定性。


本文编号：3455360