二维材料的电子性质调控及激发态性质研究
发布时间：2021-02-19 16:52
硅基半导体的出现使得电子技术产品更加微型化和集成化,现如今研究者们在硅基半导体基础上石墨烯和相关二维材料进行了深入的研究和探索,进而推动了信息化产业的“二次革命”,也促进了二维材料在各行各业的应用和发展,使其成为下一代信息技术产业中最具有潜力的功能性材料。许多二维材料已经在实验上被成功合成和应用,并且理论上通过高性能的计算和模拟分析研究和预测了更多新型的二维功能性材料。基于石墨烯单层的类石墨烯材料具有超高载流子迁移率、费米速度以及量子霍尔效应,这些优异的性能推进了其在集成电路中的快速发展。除了寻找类石墨烯二维材料来丰富其光电子学、力学以及热力学的发展之外,通过对其维度的调控得到的低维纳米材料可以进一步应用在电化学以及储能方向上。但是对于类石墨烯二维材料的合成仍存在更多的挑战,并且对于其合成以后的物理化学性质的探究和机理分析也需要更进一步的探讨。此外,对于具有半导体性质的过渡金属硫族化合物组成的横向或者纵向的层状结构出现的新型的物理特性也更加丰富了二维材料在凝聚态物理学中的应用。更为有趣的是,二维材料在光电、光伏以及光催化系统中通过光电转化来提升太阳能利用率也发挥了不可多得的作用。与此同...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３．１－１：锗烯生长在Ａｕ（ｎｉ）金属衬底上的三种堆叠方式的俯视图Ａｆ则视图，分??－－－
的桥位处。与（２＞＜２）－Ａ和（２＞＜２）－Ｂ相比，（Ｖ３Ｗ３）－??Ｃ的锗烯显示出相对平滑的构型，类似于平坦的石墨烯单层。对于独立的锗烯，??晶格常数和摺皱高度分别为４．０５９人和０．６９人。但是，如表３．１－１所示，在八１１（１１１）??衬底之上的（２＞＜２）－Ａ和（２＞＜２）－Ｂ锗稀中，最高和最低Ｇｅ原子之间的高度差分别为??１．８１７?Ａ和１．６５５?Ａ。此外，（Ｖ３＞＜Ｖ３）－Ｃ中的锗烯呈现出几乎为平面的结构，褶皱??高度为０．３２０?Ａ，模拟的ＳＴＭ图像符合实验观察结果，如图３．ｌ－ｌ（ｉ）所示。在这??些Ｇｅ／Ａｕ（ｌ?１１）超胞中的界面处，Ａｕ（ｌ丨１）的第一层由于界面相互作用而表现出轻??微的扰动。图３．１－ｌ（ｇ）－（ｉ）中显示了相应的Ａｕ（ｌｌｌ）上锗烯的模拟ＳＴＭ图像，并且??（Ｖ３ｘＶ３）－Ｃ情况与实验结果非常吻合，其中，最亮的点对应于ＳＴＭ图像中的突出??Ｇｅ原子。由于温度等实验条件的影响，（Ｖ３＞Ｗ３）Ｇｅ／（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｌｌｌ）超胞的平面??蜂窝单层最有可能在实验中观察到。这类似于硅烯在Ａｇ（ｌ?１１）上的生长，其中在??不同温度下可以观察到一系列不同相的Ｓｉ／?Ａｇ（?１１１）超结构。除了?（Ｖ３?ｘＡ／３）Ｇｅ／??（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｍ），如果在实验中改变温度，也可能实现（２ｘ２）Ｇｅ／（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｌｌｌ）??的生长构型。锗烯与Ａｕ（ｌｌｌ）之间的相互作用会显着改变锗烯的几何结构。因此，??有必要对两种Ｇｅ／Ａｕ（ｌｌｌ）结构的界面效应进行系统的探究。??（ａ）?〇?ｕ?＾?（ｈＡ〇〇??◎Ｏ?汽〇Ｇ?Ｗ?⑶??二：久?１?飞??图３．１－２：不同超胞的Ｇｅ原子和周
?山东大学博士学位论文???为了了解锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间的界面效应，根据以下等式定义了三维的差分??电荷密度：??＾Ｐ＝１Ｐ＾：Ａｕ｛＼＼＼）￣?Ｐｃ，ｅ￣?ＰａｕＷ）??其中化和／＾ｎｕ分别对应于Ｇｅ／Ａｕ（⑴）超胞，剥离Ａｕ（ｌ丨１）衬底之后??的单层锗烯和剥离单层锗烯的Ａｕ（ｌ?１１）衬底的电荷密度。考虑到（２ｘ２）－Ａ和（２ｘ２）－??Ｂ具有相似的电子性质，相对比来说，（２ｘ２）－Ｂ结合能较低，我们在后面的讨论??中仅显示（２＞＜２）－Ｂ超胞的结果。如图３．丨－２（ａ）和（ｂ）所示，在（２ｘ２）－Ｂ和（Ｖ３ｘＶ３）－Ｃ的??结构中，Ｇｅ原子与其周围的Ｇｅ原子呈现共价键结合。应该指出的是，这样的共??价键对于保持锗烯的二维单层结构的连续性是合乎需要的。在图３．１－２（ｃ）和（ｄ）中??展示了锗烯在Ａｕ（ｌｌｌ）上的电荷重新分布。在（２ｘ２）－Ｂ和（Ｖ３＞Ｗ３）－Ｃ超胞构型中，??第一层中的Ａｕ原子失去电子，并且在锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间形成了一个电子累积??层。这也表明锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间的相互作用较强，而不是弱的范德华力。此外，??Ｇｅ原子由于第一层Ａｕ（ｍ）的电子排斥作用而产生了极化。如图３．１－２（ｃ）和⑷所??示，由于波函数重叠，我们还可以看到Ｇｅ和Ａｕ原子之间的强的电子态的杂化??作用。电荷主要从Ａｕ（ｌｌｌ）的第一层转移，这主要是由ｓｐ电子轨道贡献的。此??夕卜，Ｇｅ原子上方的电荷密度与近自由电子的电荷密度相似。值得注意的是，??Ｇｅ／Ａｕ（ｌ?１丨）中的电荷重新分布行为和键合性质类似于Ｓｉ／Ａｇ（ｌ丨１）［４３４６］。??１２?（ａ?）?ｔ：?ｏ．ｏｏｄ．ｋ?（ｂ）?Ｊ?ｑ
本文编号：3041407
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图３．１－１：锗烯生长在Ａｕ（ｎｉ）金属衬底上的三种堆叠方式的俯视图Ａｆ则视图，分??－－－
的桥位处。与（２＞＜２）－Ａ和（２＞＜２）－Ｂ相比，（Ｖ３Ｗ３）－??Ｃ的锗烯显示出相对平滑的构型，类似于平坦的石墨烯单层。对于独立的锗烯，??晶格常数和摺皱高度分别为４．０５９人和０．６９人。但是，如表３．１－１所示，在八１１（１１１）??衬底之上的（２＞＜２）－Ａ和（２＞＜２）－Ｂ锗稀中，最高和最低Ｇｅ原子之间的高度差分别为??１．８１７?Ａ和１．６５５?Ａ。此外，（Ｖ３＞＜Ｖ３）－Ｃ中的锗烯呈现出几乎为平面的结构，褶皱??高度为０．３２０?Ａ，模拟的ＳＴＭ图像符合实验观察结果，如图３．ｌ－ｌ（ｉ）所示。在这??些Ｇｅ／Ａｕ（ｌ?１１）超胞中的界面处，Ａｕ（ｌ丨１）的第一层由于界面相互作用而表现出轻??微的扰动。图３．１－ｌ（ｇ）－（ｉ）中显示了相应的Ａｕ（ｌｌｌ）上锗烯的模拟ＳＴＭ图像，并且??（Ｖ３ｘＶ３）－Ｃ情况与实验结果非常吻合，其中，最亮的点对应于ＳＴＭ图像中的突出??Ｇｅ原子。由于温度等实验条件的影响，（Ｖ３＞Ｗ３）Ｇｅ／（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｌｌｌ）超胞的平面??蜂窝单层最有可能在实验中观察到。这类似于硅烯在Ａｇ（ｌ?１１）上的生长，其中在??不同温度下可以观察到一系列不同相的Ｓｉ／?Ａｇ（?１１１）超结构。除了?（Ｖ３?ｘＡ／３）Ｇｅ／??（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｍ），如果在实验中改变温度，也可能实现（２ｘ２）Ｇｅ／（Ｖ７ｘＶ７）Ａｕ（ｌｌｌ）??的生长构型。锗烯与Ａｕ（ｌｌｌ）之间的相互作用会显着改变锗烯的几何结构。因此，??有必要对两种Ｇｅ／Ａｕ（ｌｌｌ）结构的界面效应进行系统的探究。??（ａ）?〇?ｕ?＾?（ｈＡ〇〇??◎Ｏ?汽〇Ｇ?Ｗ?⑶??二：久?１?飞??图３．１－２：不同超胞的Ｇｅ原子和周
?山东大学博士学位论文???为了了解锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间的界面效应，根据以下等式定义了三维的差分??电荷密度：??＾Ｐ＝１Ｐ＾：Ａｕ｛＼＼＼）￣?Ｐｃ，ｅ￣?ＰａｕＷ）??其中化和／＾ｎｕ分别对应于Ｇｅ／Ａｕ（⑴）超胞，剥离Ａｕ（ｌ丨１）衬底之后??的单层锗烯和剥离单层锗烯的Ａｕ（ｌ?１１）衬底的电荷密度。考虑到（２ｘ２）－Ａ和（２ｘ２）－??Ｂ具有相似的电子性质，相对比来说，（２ｘ２）－Ｂ结合能较低，我们在后面的讨论??中仅显示（２＞＜２）－Ｂ超胞的结果。如图３．丨－２（ａ）和（ｂ）所示，在（２ｘ２）－Ｂ和（Ｖ３ｘＶ３）－Ｃ的??结构中，Ｇｅ原子与其周围的Ｇｅ原子呈现共价键结合。应该指出的是，这样的共??价键对于保持锗烯的二维单层结构的连续性是合乎需要的。在图３．１－２（ｃ）和（ｄ）中??展示了锗烯在Ａｕ（ｌｌｌ）上的电荷重新分布。在（２ｘ２）－Ｂ和（Ｖ３＞Ｗ３）－Ｃ超胞构型中，??第一层中的Ａｕ原子失去电子，并且在锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间形成了一个电子累积??层。这也表明锗烯和Ａｕ（ｌ?１１）之间的相互作用较强，而不是弱的范德华力。此外，??Ｇｅ原子由于第一层Ａｕ（ｍ）的电子排斥作用而产生了极化。如图３．１－２（ｃ）和⑷所??示，由于波函数重叠，我们还可以看到Ｇｅ和Ａｕ原子之间的强的电子态的杂化??作用。电荷主要从Ａｕ（ｌｌｌ）的第一层转移，这主要是由ｓｐ电子轨道贡献的。此??夕卜，Ｇｅ原子上方的电荷密度与近自由电子的电荷密度相似。值得注意的是，??Ｇｅ／Ａｕ（ｌ?１丨）中的电荷重新分布行为和键合性质类似于Ｓｉ／Ａｇ（ｌ丨１）［４３４６］。??１２?（ａ?）?ｔ：?ｏ．ｏｏｄ．ｋ?（ｂ）?Ｊ?ｑ
本文编号：3041407
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