硼氮掺杂C 64 -石墨炔材料几何及电子结构第一性原理
发布时间：2021-10-08 03:31
采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对新型碳单原子层平面结构——C64-石墨炔的硼、氮掺杂结构进行研究.当硼原子分别替代C64-石墨炔中碳六元环和四元环上的一个碳原子时,获得稳定的四元环位B掺杂C64-石墨炔结构和六元环位B掺杂C64-墨炔结构（简称B4环掺杂结构和B6环掺杂结构）.两种结构仍然表现为二维平面结构,晶格常数分别为9.378×10-10和9.383×10-10m;当硼和氮原子交替替代C64-石墨炔中四元环和碳链上的碳原子时,得到链位B,N掺杂C64-石墨炔稳定平面结构（简称BN链掺杂结构）,晶格常数为9.393×10-10m.单个硼原子掺杂的B4环掺杂结构和B6环掺杂结构均因掺杂使体系由半导体转变为金属.硼、氮原子交替取代的BN链掺杂结构是带隙为2.56 eV的半导体.
【文章来源】：上海大学学报(自然科学版). 2020,26(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１晶格结构??Ｆｉｇ．?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｌａｔｔｉｃｅ??－
第５期??李晖，等：硼氮掺杂Ｃ６４－石墨炔材料几何及电子结构第一性原理??８１９??Ｋ??（ｃ）?Ｂ６环掺杂结构??（ｄ）?ＢＮ链掺杂结构??图２能带结构??Ｆｉｇ．?２?Ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??环己三烯结构；而Ｂ６环掺杂结构由于硼碳键较长，使其六元环结构中的键长不再是长短交替．??两种．结构碳链上仍然存在炔键，键长分别为１，２５４乂１０－１（）和１．２４９＼１０－１｜？１１１；利用硼原子和氮??庫子交替取代四元环和碳链上的碳？原：子，得到的ＢＮ链掺杂结构中仍然存在坏己三烯单元，其??链上出现了硼、氮原子形成的炔键，键长为１．２８１?ｘ?１０－??为考证Ｂ４环掺杂结构、Ｂ６环掺杂结构和ＢＮ链掺杂结构的稳定性，计算了这３种结构在??ｒ点的声子频率．３种结构原胞均有１８个原于，声子计算分别得到５４支频率．结果表明，所有??光学支谱馘在ｒ?Ａ均为班值；３支声学支谱线在ｒ点虽然有食傲値其绝对值均小于０．１?Ｔｉｆｃ，??属于计算壤差．ｒ点声子计算结果进一步表明这３种掺杂方式仍能保证材料结构的稳定性．??２．２?电子结构??本工作对上述，得到的３种单原子．层材料的电子结构进行了计算．能带结构如图２所承，??其中图（ａ）是为了进行比较而给出的Ｇ．Ｓ４￣石墨炔能带结构，（ｂ）？（ｄ）分别对应Ｂ４环掺杂结??构、Ｂ６环掺杂结构和ＢＮ链掺杂结构的能带图．为了比较４种结构的电子结构特性，还在??表?１中给出了０？￣石：墨炔、：８４环，＿结构、Ｂ６坏掺杂结构，ＢＷ链掺杂结构的费隙宽度以及??带隙出现的位置．ＣＳ４－石墨按是ｑ种带隙值为０．３５?ｅＶ的直接带隙半导体，其价带顶和导带底??均出现在ＭｉＴ，处．掺杂后的Ｂ４环掺杂结构和Ｂ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]碳硅二炔结构及性质分子动力学模拟研究[J]. 颜笑,辛子华,张娇娇. 物理学报. 2013(23)
本文编号：3423344
【文章来源】：上海大学学报(自然科学版). 2020,26(05)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图１晶格结构??Ｆｉｇ．?１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ?ｏｆ?ｌａｔｔｉｃｅ??－
第５期??李晖，等：硼氮掺杂Ｃ６４－石墨炔材料几何及电子结构第一性原理??８１９??Ｋ??（ｃ）?Ｂ６环掺杂结构??（ｄ）?ＢＮ链掺杂结构??图２能带结构??Ｆｉｇ．?２?Ｂａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ??环己三烯结构；而Ｂ６环掺杂结构由于硼碳键较长，使其六元环结构中的键长不再是长短交替．??两种．结构碳链上仍然存在炔键，键长分别为１，２５４乂１０－１（）和１．２４９＼１０－１｜？１１１；利用硼原子和氮??庫子交替取代四元环和碳链上的碳？原：子，得到的ＢＮ链掺杂结构中仍然存在坏己三烯单元，其??链上出现了硼、氮原子形成的炔键，键长为１．２８１?ｘ?１０－??为考证Ｂ４环掺杂结构、Ｂ６环掺杂结构和ＢＮ链掺杂结构的稳定性，计算了这３种结构在??ｒ点的声子频率．３种结构原胞均有１８个原于，声子计算分别得到５４支频率．结果表明，所有??光学支谱馘在ｒ?Ａ均为班值；３支声学支谱线在ｒ点虽然有食傲値其绝对值均小于０．１?Ｔｉｆｃ，??属于计算壤差．ｒ点声子计算结果进一步表明这３种掺杂方式仍能保证材料结构的稳定性．??２．２?电子结构??本工作对上述，得到的３种单原子．层材料的电子结构进行了计算．能带结构如图２所承，??其中图（ａ）是为了进行比较而给出的Ｇ．Ｓ４￣石墨炔能带结构，（ｂ）？（ｄ）分别对应Ｂ４环掺杂结??构、Ｂ６环掺杂结构和ＢＮ链掺杂结构的能带图．为了比较４种结构的电子结构特性，还在??表?１中给出了０？￣石：墨炔、：８４环，＿结构、Ｂ６坏掺杂结构，ＢＷ链掺杂结构的费隙宽度以及??带隙出现的位置．ＣＳ４－石墨按是ｑ种带隙值为０．３５?ｅＶ的直接带隙半导体，其价带顶和导带底??均出现在ＭｉＴ，处．掺杂后的Ｂ４环掺杂结构和Ｂ
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【参考文献】：
期刊论文
[1]碳硅二炔结构及性质分子动力学模拟研究[J]. 颜笑,辛子华,张娇娇. 物理学报. 2013(23)
本文编号：3423344
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