《矽烯與二元矽基納米體系的結構和電子性質的理論研究》是依託杭州師範大學，由丁一擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：矽烯與二元矽基納米體系的結構和電子性質的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：丁一
- 依託單位：杭州師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽烯是近年來新發現的二維蜂窩狀矽納米結構，其在孤立條件下具有和石墨烯相似的狄拉克電子性質。但是，實際生長出的矽烯會受基底影響產生複雜的起伏結構，從而破壞了狄拉克電子態；而且矽烯化學性質活潑，容易轉變為體結構而失去二維電子特性。因此，本項目將對矽烯及二元矽化物納米結構開展針對性的理論研究：(1)通過對矽烯半導體性基底的探索，展現矽烯起伏結構的多樣性和有序性，發現合適的基底材料有效保持其狄拉克電子態；(2)利用全面的結構搜尋和組分預測，發現穩定的二元矽基納米結構，找尋和矽烯、石墨烯相媲美的納米材料；(3)研究實際條件下矽納米材料的物性特徵，展現沉積基底、基團修飾、內部缺陷、外加電場等對於電子性質的影響,發現其物性的變化規律和調控機制；(4)發展新的有效模型和計算方法，擴展矽基納米材料的研究領域，設計具有優良物理化學特性的納米器件。本項目的研究將為矽納米電子學的發展和套用提供可靠的理論基礎。
結題摘要
繼石墨烯之後，矽烯與其相似結構的鍺烯、錫烯等納米材料成為低維物理的研究熱點。在本項目中，我們採用第一性原理計算與理論模型相結合的方式，研究了矽烯及相關納米材料的結構與物性特徵。主要成果有：發現多孔矽/鍺烯上的狄拉克電子特性會被反鐵磁性半導體所代替，而且在多孔鍺烯上出現了新型的半起伏結構特徵；發現與石墨烯不同，二維五邊形矽烯平面不能穩定存在，利用表面氫化的方式可使其具備良好的結構穩定性，相應的氫化五邊形矽烯納米帶上出現了雙極性半導體特徵；預測銦化硒/碲化鎵層狀結構可成為錫烯/碘化錫烯的基底材料，其半導體物性可保持錫基材料的狄拉克電子特性；研究了二元矽錫/鍺錫烯的電子性質，發現其呈現為有質量的狄拉克電子特徵，相應氟化修飾後的結構會是拓撲絕緣體材料，還發現矽錫/鍺錫烯的聲子熱導率較低，其熱電優值較佳；研究了矽/石墨烯與砷/銻烯的雙層結構，發現其會形成金屬-半導體接觸，具備可變的肖特基勢壘；發現氫氧矽烯的穩定構型為傾斜的氧橋接氫化矽烷結構，其具有負泊松比，預測的電子性質與實驗結果相吻合；研究了二元鈹化碳/矽/鍺納米平面，發現其都是反鐵磁性半導體，相應納米帶的帶隙也不受頻寬影響，可與二硫化鉬組成高效的太陽能電池材料；進一步研究了與其等電子體化的三元鈹化硼氮/碳矽等納米結構，發現均可通過電荷摻雜轉化為磁性半金屬；研究了啞鈴狀矽烯表面氫化後的電子性質，發現其載流子遷移率呈現顯著的各向異性，合適的帶邊位置使其成為一類高效的太陽能電池材料。此外，我們還研究了黑磷化的砷烯、金屬雙氮化物等實驗上新發現的納米材料。本項目的成果發表為科研論文20篇，包括JMCC6篇、JPCC4篇、PCCP4篇，其中3篇論文被選為封(底)面論文，1篇JPCM18年被IOP評為近三年物理領域引用前1%的論文。通過本項目的研究，我們發現矽烯與其相關的二元化合物納米材料具有豐富可變的物理性質，能通過結構與組分的變化來調控其電子性質，從而實現功能化的納米材料設計與套用。
