几种二维原子晶体在金属衬底上的生长机理

发布时间：2021-02-01 21:23

　　石墨烯作为一种典型的二维原子晶体,具有独特的狄拉克锥电子结构和近似无质量的超快费米子,可以用于构造超快电子器件和自旋电子器件等。但由于石墨烯半金属性的缺陷,近几年人们也开始关注一些其他的二维原子晶体,例如硅烯、硼烯、磷烯以及它们的同素异形单层等等。为了实现这些原子晶体的工业应用,高质量、高产量地合成二维原子晶体成为一个亟需解决的问题。利用计算材料学手段,模拟二维原子晶体的成核生长过程可以很好地预测实验所需条件,减少实验上的成本,促进新型二维原子晶体的制备和应用。基于密度泛函理论和经典晶体生长理论,本文研究了石墨烯在三元合金衬底Cu2NiZn上的生长过程。发现碳源乙烯在Cu2NiZn上的脱氢势垒小于在纯Cu表面上的势垒,意味着乙烯更容易在Cu2NiZn上脱氢成碳原子。碳原子聚合到一起会形成碳团簇,是石墨烯的初期晶核。碳团簇尺寸小于3的时候,其在Cu2NiZn上的形成能远小于在Cu上的。因此,碳原子更容易在Cu2NiZn上聚集成小团簇。并且,在Cu2NiZn表面的部分区域上,碳原子从表面到亚表面的渗透势垒几乎为零,这有助于碳原子溶解到合金衬底中。通过低温处理衬底,碳原子会析出衬底表面,促进... 

【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：117 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．］实验合成或理论预测出的几种二维原子晶体

?－??－２０?０＾－?Ｍ￣￣Ｋ?４?ｋ?；??图１．３（ａ）根据从头算理论计算得到的石墨烯的能带结构。（ｂ）石墨烯费米面的示意图。??（ｃ）石墨烯的二维紧束缚势能面。??Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ａｎ?ａｂ?ｉｎｉｔｉｏ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ，?（ｂ）?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｆｅｒｍｉ??ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ，?（ｃ）?Ｔｈｅ?２Ｄ?ｔｉｇｈｔ?ｂｉｎｄｉｎｇ?ｅｎｅｒｇｙ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ．?Ｔｈｅ?ｂｌｏｗ?ｕｐ?ｓｈｏｗｓ??ｔｈｅ?ｌｉｎｅａｒ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ?（Ｄｉｒａｃ?ｃｏｎｅｓ）?ｎｅａｒ?ｔｈｅ?ｋ－ｐｏｉｎｔ?ｉｎ?ｔｈｅ?ｖｉｃｉｎｉｔｙ?ｏｆ?Ｅ?＝?Ｅｆ．［３７］??－３－??

（ａ）?（ｂ）??图１．２（ａ）六角蜂窝状的石墨烯。阴影部分代表一个单胞，其矢量ａＧ和ｂＧ如图所示。??每个单胞包含两个碳原子。（ｂ）面内ａ键和垂直平面的３１轨道示意图。［３７］??Ｆｉｇ．?１．２?（ａ）?Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ．?Ｔｈｅ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ?（ｓｈａｄｅｄ）?ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ?ｔｗｏ?ｃａｒｂｏｎ??ａｔｏｍｓ?ｉｓ?ｓｈｏｗｎ?ａｌｏｎｇ?ｗｉｔｈ?ｓｔａｎｄａｒｄ?ｕｎｉｔ?ｃｅｌｌ?ｖｅｃｔｏｒｓ?ａＧ?ａｎｄ?ｂＧ．?（ｂ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎ－ｐｌａｎｅ??ｏ?ｂｏｎｄｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｎ?ｏｒｂｉｔａｌｓ?ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ?ｔｏ?ｔｈｅ?ｐｌａｎｅ．［３７＾??一?（ａ）?（ｂ）??：?＼一、Ｖ，?：??ｏ．ｏ?—????＿?５０＞，?ｒ?／＞＂??？．?■?’．ｙ?、一．？：■?：?Ｚ??Ｊ?－１０．０?－?■＇／＇?－??－２０?０＾－?Ｍ￣￣Ｋ?４?ｋ?；??图１．３（ａ）根据从头算理论计算得到的石墨烯的能带结构。（ｂ）石墨烯费米面的示意图。??（ｃ）石墨烯的二维紧束缚势能面。??Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ａｎ?ａｂ?ｉｎｉｔｉｏ?ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ，?（ｂ）?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｆｅｒｍｉ??ｓｕｒｆａｃｅ?ｏｆ?ｇｒａｐｈｅｎｅ


本文编号：3013459