硼烯、磷烯及其异质结纳米带电子结构和输运性质理论计算

• 作 者: 金俊超
• 出 处: 桂林理工大学
• 发表日期: 2020年05期
• 关键词: 硼烯 磷烯 异质结 负微分电阻

石墨烯的发现,引起了全世界的广泛关注,但由于其零能隙的特点,研究人员开始寻找其他二维材料,而后硅烯、锗烯、磷烯和硼烯等在实验上得到成功的制备,这些二维纳米材料在热力学、光学、电子器件等领域具有潜在的应用价值。随着计算方法和现代高性能计算能力的提高,研究者们可以利用第一性原理方法去实现目前实验设备或条件难以完成的二维材料结构与性能的预测。本文使用基于密度泛函理论的第一性原理结合非平衡格林函数的方法,对硼烯、磷烯纳米带以及异质结的结构与性能进行了探讨,主要包括三个方面的内容。(1)系统研究了不同边缘钝化的硼烯纳米带性能。通过能带结构和态密度图对两种周期性方向上无氢钝化和有氢钝化硼烯纳米带结构进行分析,研究发现边缘氢钝化可以调节纳米带的自旋特性,还利用结合能分析了它们的稳定性,发现氢钝化使硼烯纳米带更稳定;随后,研究了氢钝化硼烯纳米带的输运性质;最后,分析了它们的电流-电压特性曲线,发现了负微分电阻效应。这为电子器件的设计提供了参考依据。(2)系统研究了改变边缘氧钝化磷烯纳米带带宽情况下的几何结构和能带结构的变化,结果表明不同宽度对磷烯纳米带的结构和电子学性能有显著影响。对于APNRs而言,随着纳米带宽度的增加,带隙逐渐减小;对于ZPNRs而言,随着纳米带宽度的增加,ZPNRs从直接带隙半导体转变成了金属特性。同时还研究了纳米带宽度对输运性能的影响,分析了其电流-电压特性曲线,结果显示,有些宽度的磷烯纳米带具有负微分电阻效应。这为以后磷烯纳米带的输运性能研究和相关电子器件的设计提供了一定的理论依据。(3)系统研究了硼烯/磷烯构成的异质结体系。通过对单层硼烯、单层磷烯和不同层间距离异质结的几何结构和电子能带结构的分析,比较构成异质结前后的变化。结果发现调整异质结层间距离可以调节其带隙。而后又研究了不同电极情况下异质结的输运性质,结果发现选取的电极对异质结的输运性质有明显的影响,选取异质结作为左右电极时表现出最好的输运性能。层间距离为2.65?的异质结输运性能最好。