石墨烯-硼烯横向异质结纳电子器件的设计与研究文献综述

 2022-05-29 10:05

文献综述

世界上第一种二维材料石墨烯自从2004年成功制备以来,对二维材料的研究便受到了科学界的广泛关注。石墨烯因其独特的分子结构,不管是在物理,化学,材料,电子技术等领域,都表现出了极大地可应用性,被当今科学界寄予厚望。如今科学家们不仅仅在二维单质材料上取得了一项又一项的突破,而且把目光转向了异质二维材料,异质二维材料作为对传统二维材料的进一步扩展,丰富了二维材料的形态,尽管现在对于异质二维材料还没有一套比较成熟的制备方法,但是异质二维材料毫无疑问给未来各类行业的创新和技术的发展提供了无限的可能。

硼元素作为与碳元素相邻的元素,同样有着形成二维材料的可能。硼原子的价电子数为3,但原子轨道数为4,由于其价电子数比原子轨道数少了一个,因此当形成化学键时,价电子层无法被填充满,所以硼原子属于缺电子结构,通常形成多中心键。这样以来,就为硼烯的形成提供了前所未有的多样性,理论上能够稳定存在的硼烯的结构有很多种,现今我们已经发现了两种不同的硼烯,对于硼烯的研究不仅是为了得到更多种类的硼烯材料,更是为二维材料的研究提供了更丰富的的样本,为今后更多二维材料的制备取得宝贵的经验。

异质二维材料分为二维垂直异质结构和二维横向异质结构,二维垂直异质结构是通过对两种不同的二维材料的机械堆叠实现的,相对于二维横向异质结构,它的合成方法当今已经比较成熟。但是由于二维垂直异质结构层与层之间存在不可避免的杂质,在精确度方面有一定的局限性,因此科学界逐渐把目光转向更为复杂的二维横向异质结构上来,二维横向异质结构需要自下而上地合成,很难实现,但是不可否认的是,二维横向异质结构是二维材料的重点研究方向之一。

国内:

周本胡在《石墨烯及其纳米带电磁输运性质研究》一文中推导出了石墨烯和扶手椅型石墨烯纳米带在动量空间中的推迟格林函数,并在外加铁磁绝缘体的情况下石墨烯的相关运输性质,并与正常状态下的石墨烯作比较。认为石墨烯及其纳米带连接结构的量子结构会被外加电场以及掺杂所影响。

程鹏在对硼源束流做了精确的标定。先是让硼原子以稳定的束流沉积在 Si(111)上获得硼的3times;3重构相,之后用相同的束流在Ag(111)上生长单层硼,从而得到了beta;12和chi;3相的单层硼。 王维对硼烯纳米带裁剪成不同的特定尺寸,并在ATK中计算不同边缘突起结构尺寸的硼烯纳米带的运输性质,并观察费米面处是否出现能隙,得出结论:硼烯纳米带在不同尺寸的情况下会影响其费米面处能隙的变化,当边缘突起尺寸为奇数时,费米面处才出现能隙,并且随着边缘突起尺寸的增加,能隙宽度会变得越来越窄。

欧阳方平在研究Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的过程中采用基于密度泛函理论平面波赝势方法对zigzag型单层石墨纳米带的电子结构和输运性质进行了计算和研究,发现完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带,边缘空位缺陷的存在使得纳米带的能隙变小,并且随着缺陷浓度加大,能隙越小,并且会发生半导体到金属的转变。

李晖在《二维硅烯和硼烯的最新研究进展》一文中通过第一性原理的方法计算,成功的确定了硼烯在Ag(111)表面的原子和电子结构。发现了两种完全平面的硼烯单层膜结构,与理论上的具有不同周期孔的三角形晶格(beta;12相和chi;3相)相符。王维海在对硼烯的生长以及其性质的探究过程中采用中分子束外延的方法在Ag(111)表面生长单层硼,最终得到四种相。通过STM研宄其形貌,并结合理论计算模拟,确定其中两种相是理论预言的p12硼膜,另外两种分别对应chi;3硼膜和alpha;硼膜,并确定这两种硼膜均是金属性质。 谢晴兴在《新型二维硼烯的材料设计与电子结构的第一性原理研究》一文中使用三种金属原子Ti、Fe、Hf用来修饰单层六角硼格子,设计出了 Ti B2、Fe B2、Hf B2 这三种硼烯结构。基于密度泛函理论,计算了这三种二维结构的一些具体性质。并通过声子谱和分子动力学计算来研究这些材料的稳定性,证明了TiB2和 FeB2都具有稳定性。

王伟华在对硼烯纳米带能带结构和态密度的第一性原理研究中采用基于密度泛函理论和第一性原理的计算方法,对硼烯纳米带的电子特性进行了研究,计算了不同宽度的氢原子修饰边缘的硼烯纳米带的电荷密度、电子能带结构、总态密度和分波态密度。得出结论:宽度为5的硼烯纳米带呈现半导体性质,而宽度为7的则呈现出金属性质,二者的导电性有着本质的区别。氢原子修饰宽度7的硼烯纳米带中,硼原子和氢原子之间形成了明显的化学键,使得电子态的杂化效应增加,促使了电荷密度转移量增加,使其导电性与宽度5有着显著的增强。同时,在结构优化时,硼原子位置发生了改变,使得晶体结构发生了明显的变化。

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