硅掺杂石墨烯纳米材料的非线性光学性能的理论研究

发布时间：2024-02-24 01:54

　　非线性光学是激光问世后发展起来的一门科学,而非线性光学的发展很大程度上取决于非线性光学材料的发展。因此,人们一直致力于寻找具有优异非线性光学性能的光学材料。研究表明,虽然石墨烯具有优异的非线性光学性能,但它是一种零带隙材料,零带隙会限制它在光电器件上的应用。为了克服零带隙的限制,人们尝试通过各种方式对石墨烯进行修饰,例如硅掺杂类石墨烯碳化硅结构(g-SiC)表现出明显的带隙,单层二维碳化硅(2d-SiC,全碳硅键Si/C为1:1)具有2.55 eV的宽带隙。同时单层2d-SiC的结构近似平面,具有易于极化的平面π电子离域结构,从而可能具有良好的非线性光学性能。本论文通过理论计算,从以下三个方面研究了典型的几种g-SiC结构的非线性光学性能:1.层叠和拉伸下类石墨烯2d-SiC结构的非线性二次谐波系数的第一性原理研究。我们构建了6层以内Bernal堆积的2d-SiC,并基于第一性原理研究了他们的非线性二次谐波系数。非线性过程物理源分析表明,三带项构成的单粒子跃迁过程是2d-SiC结构的二次谐波过程的主要微观跃迁机制,电子的带间运动显著受到带内运动的调谐,π电子离域带对非线性过程有重要贡献...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1.1石墨烯和

第一章前言3图1.1石墨烯和石墨的结构示意图石墨烯是由碳原子以sp2杂化构成的六角型二维碳纳米材料[7]，它的每个C原子都与周围相邻的三个C原子相连，原子间呈强σ键[8]。C-C原子间的强相互作用使石墨烯成为一种高强度、高硬度的材料，它的理论杨氏模量高达1.0TPa，固有的拉伸强....

图1.2单层2d-SiC结构图

第一章前言6统密度泛函如Perdew-Burke-Ernzerhof(PBE)泛函计算，多体校正后达到4.0eV左右）[13,29,32–37]的直接带隙半导体材料。然而，目前想要在实验中分离出单层的SiC并不容易。多层堆积的2d-SiC在电子结构上会发生明显变化，例如，类石墨烯....

图2.1Bernal堆积的2d-SiC的结构，虚线框指示晶胞单元，晶胞参数a=b=3.10

峁埂Ｓ呕??讨辛?脱沽Φ你兄捣直鹞?0.01eV/和0.02GPa，k点网格取10×10×1。同时，因为传统GGA计算不能很好地处理层间的范德华力，在优化过程中，我们还做了基于Tkatchenko和Scheffler（TS）的色散校正[47]。基于GGA-TS优化，最终结构的层间....

图2.22d-SiC的SHG的两个主要分量|χ(2)

第二章层叠和拉伸下硅掺杂石墨烯的非线性二次谐波特性的第一性原理研究12例如，对于1L-SiC,介电函数虚部的光谱中在4.4和9.0eV处都表现了显著的吸收峰[63]。因此，在|χ(2)xxx(ω)|中，2.2eV处的峰由双光子共振引起（2.2eV的两倍与4.4eV相同），而在4.....

本文编号：3908333