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相似文献
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1.
采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算了单层GeTe、表面氢化及氟化单层GeTe的晶体结构、稳定性、电子结构和光学性质.计算结果表明,经过修饰后, GeTe的晶格常数、键角、键长增大,且均具有较好的稳定性.电子结构分析表明,单层GeTe为间接带隙半导体,全氢化修饰、全氟化修饰以及氢氟共修饰(F, Ge同侧;H, Te同侧)则转变为直接带隙半导体,且修饰后的能隙均不同程度减小.载流子有效质量表明,全氢化、全氟化以及氢氟共修饰GeTe (F, Ge同侧;H, Te同侧)的有效质量减小,其载流子迁移率增强.带边势分析结果显示,单层GeTe能够光裂解水制氢和析氧,而修饰后的GeTe的价带带边势明显下移,其氧化性明显增强,能够光裂解水析O2, H2O2, O3以及OH·等产物.光学性质表明,修饰后的GeTe对可见光区和红、紫外区的光谱吸收效果明显增强,表明其在光催化领域有着广阔的应用前景.  相似文献   

2.
高潭华  吴顺情  张鹏  朱梓忠 《物理学报》2014,63(1):16801-016801
采用第一性原理方法研究了表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质.考虑了表面氢化的双层BN可能存在的六种主要构型,计算结果表明:AB-BN和AA-BN两种构型最为稳定.进一步分析了氢化后的双层BN最稳定构型的能带和电子性质.AB-BN和AA-BN两种构型的原子薄片均为直接带隙半导体,GGA计算的带隙值分别为1.47 eV和1.32 eV.因为GGA通常严重低估带隙值,采用hybrid泛函计算得到带隙值分别为2.52eV和2.34 eV.在最稳定的AB-BN和AA-BN两种构型中,B-N键呈现共价键,而B-H和N-H则具有明显的离子键的特点.在双轴应变下氢化双层BN原子薄片可以被连续地调节带隙,当晶格常数被压缩约8%时,原子薄片由半导体性转变为金属性.  相似文献   

3.
范达志  刘贵立  卫琳 《物理学报》2017,66(24):246301-246301
基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了扭转形变对石墨烯吸附O体系结构稳定性、电子结构和光学性质,包括吸附能、带隙、吸收系数及反射率的影响.研究发现,吸附O原子后,距O原子最近的C原子被拔起,导致石墨烯平面发生扭曲.吸附能计算表明,扭转形变使石墨烯吸附O原子体系结构稳定性下降,而扭转程度对结构稳定性影响微弱.能带结构分析发现,O原子的吸附使石墨烯由金属变成半导体,扭转形变发生时,可实现其从半导体到金属、再到半导体特性的转变.扭转角为12°的吸附O原子体系为间接带隙,而其他出现带隙的体系均为直接带隙.与本征石墨烯受扭体系相比,吸附O原子体系的电子结构对扭转形变的敏感度降低,其中扭转角在10°—16°范围内变化时,带隙始终稳定在0.11 eV附近,即在此扭转角范围内始终对应窄带隙半导体.在光学性能中,受扭转形变的吸附体系吸收系数和反射率峰值较未受扭转形变石墨烯吸附O原子体系均减弱,且随着扭转程度的加剧,均出现红移到蓝移的转变.  相似文献   

4.
本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团(包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和)进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。  相似文献   

5.
本文采用第一性原理计算方法,研究了zigzag型石墨烯纳米带在边缘采用不同基团(包括氢原子、羟基、酮基、氢和羟基共同饱和)进行修饰后电子特性的改变,计算了能带结构、态密度和电荷差分密度。结果分析表明,不同基团修饰的影响本质上可归结于不同的边缘杂化方式。边缘sp2杂化方式对GNRs体系内层原子的电子状态影响很小,没有改变zigzag-GNRs的金属性;而边缘sp3杂化的体系在能带结构中打开了一个带隙,此带隙随纳米带宽度的增加而逐渐减小。其中GNRs-H2 体系和GNRs-H2O体系发生了由金属性向半导体性的转变,而GNRs-O体系费米能级升高并且进入了导带,依然呈现金属性。利用这种边缘修饰非常易于调控GNRs的电子能带结构。  相似文献   

6.
高潭华  郑福昌  王晓春 《物理学报》2018,67(16):167101-167101
采用密度泛函理论第一性原理的PBE-D_2方法,对半氢化石墨烯与单层氮化硼(H-Gra@BN)复合体系的结构稳定性、电子性质和磁性进行了系统的研究.计算了六种可能的堆叠方式,结果表明:H-Gra@BN体系的AB-B构型是最稳定的,为铁磁性半导体,上、下自旋的带隙分别为3.097和1.798 e V;每个物理学原胞具有约1μB的磁矩,该磁矩主要来源于由未氢化的C_2原子的贡献;在z轴方向压应力的作用下,最稳的H-Gra@BN体系的电子性质由磁性半导体转变为半金属,再转变为非磁性金属;预测了一种能方便地通过应力调控电子性质和磁性质的新型材料,有望应用在纳米器件以及智能建筑材料等领域.  相似文献   

7.
袁健美  毛宇亮 《物理学报》2011,60(10):103103-103103
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了宽度N=8的边缘氢化和非氢化条带的结构和电子性质. 研究表明,扶手形无氢化石墨纳米条带的边缘碳原子是以三重键相互结合,它在边缘的成键强度比氢化时要高,具有更强的化学活性,可作为纳米化学传感器的基础材料. 能带结构计算表明,无论是扶手形条带还是锯齿形条带,它们都是具有带隙的半导体,且无氢化条带的带隙要比氢化的条带带隙宽度大,氢化对于条带的电子性质具有显著修饰作用. 通过锯齿形石墨纳米条带顺磁性、铁磁性和反铁磁性的计算,发现反铁磁的状态最稳定,并且边缘磁性最强,这有利于条带在自旋电子器件中的应用. 关键词: 石墨纳米条带 成键机理 电子结构 自旋分布  相似文献   

8.
欧阳方平  徐慧  魏辰 《中国物理 B》2008,17(2):1073-1077
采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 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能隙变小,且缺陷浓度越大,能隙越小,并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果,将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪.  相似文献   

9.
基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似(GGA),利用第一性原理方法计算研究了单轴应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构、光学性质以及压阻性质的影响.能带结构和光学性质的结果表明:压应变导致硅纳米线的带隙明显线性减小,且使其由直隙半导体转变为间隙半导体,而施加拉应变后硅纳米线仍为直隙半导体材料,但是带隙略有减小,且价带顶附近的能带线产生了较为复杂的变化.由于能带的应变效应导致其光学性质也相应发生了较大改变:拉应变使硅纳米线的介电峰出现宽化现象,低能区内的光吸收增强,静态折射率和反射率峰值增大,而压应变的效果则相反.结合能带结构与压阻系数计算模型得到的压阻特性结果表明:随着压应变的增加压阻系数单调减小,这主要归因于空穴浓度随压应变显著变化引起的;而拉应变作用时,压阻系数呈现波动趋势,这主要是由于空穴有效传输质量的增加程度和载流子浓度的增加程度不同而相互竞争导致的.上述计算结果表明,设计基于硅纳米线的光电和力电器件时,需考虑其应变效应.  相似文献   

10.
采用第一性原理计算方法,研究了二维单层硒化锗(GeSe)的5种同分异构体结构的稳定性和在应力调控下的电子性质变化规律.计算结果表明:5种同分异构体结构都具有热力学稳定性; a-GeSe是直接带隙半导体, b-GeSe, g-GeSe, d-GeSe和e-GeSe都是间接带隙半导体. a-GeSe在应力调控下出现了直接到间接带隙的转变和半导体到金属性质的转变. b-GeSe和g-GeSe在应力的作用下具有可调节的间接带隙范围.当沿dGeSe双轴方向施加压缩应力为1%和4%时, d-GeSe的能带从间接带隙转变成直接带隙.通过沿e-GeSe的扶手椅形方向施加10%的拉伸应变,出现了从间接带隙到直接带隙的转变;继续增加拉伸应变到20%,能带结构一直保持直接带隙的特征,其可调范围为1.21—1.44 eV.沿d-GeSe双轴方向施加10%拉伸应变时,也出现了从间接带隙到直接带隙的转变;该直接带隙在双轴拉伸应变增加到19%前一直保持,可调范围为0.61—1.19 eV.  相似文献   

11.
Previous calculations show that the two-dimensional(2 D) silicon carbide(SiC) honeycomb structure is a structurally stable monolayer. Following this, we investigate the electronic properties of the hydrogen and fluorine functionalized SiC monolayer by first-principles calculations. Our results show that the functionalized monolayer becomes metallic after semi-hydrogenation or semi-fluorination, while the semiconducting properties are obtained by the full functionalization. Compared with the bare SiC monolayer, the band gap of the fully hydrogenated system is increased, in comparison with the decrease of the gap in the fully fluorinated case. As a result, the band gap can be tuned from 0.73 to 4.14 eV by the functionalization. In addition to the metal-semiconductor transition, hydrogenation and functionalization also realize a direct-indirect semiconducting transition in the 2 D SiC monolayer. These results provide theoretical guidance for design of photoelectric devices based on the SiC monolayer.  相似文献   

12.
Based on recently synthesized two-dimensional graphdiyne, we have constructed several hydrogenated graphdiyne structures and studied their electronic structures and magnetic properties by first-principles calculations. Both direct and indirect band gap semiconductors are found in the nomagnetic hydrogenated configurations. Moreover, half semiconductors are found in the magnetic ground states of some hydrogenated graphdiyne structures we considered, although there is no transition metal element in the materials.  相似文献   

13.
Quantum spin Hall effect in silicene and two-dimensional germanium   总被引:1,自引:0,他引:1  
We investigate the spin-orbit opened energy gap and the band topology in recently synthesized silicene as well as two-dimensional low-buckled honeycomb structures of germanium using first-principles calculations. We demonstrate that silicene with topologically nontrivial electronic structures can realize the quantum spin Hall effect (QSHE) by exploiting adiabatic continuity and the direct calculation of the Z(2) topological invariant. We predict that the QSHE can be observed in an experimentally accessible low temperature regime in silicene with the spin-orbit band gap of 1.55 meV, much higher than that of graphene. Furthermore, we find that the gap will increase to 2.9 meV under certain pressure strain. Finally, we also study germanium with a similar low-buckled stable structure, and predict that spin-orbit coupling opens a band gap of 23.9 meV, much higher than the liquid nitrogen temperature.  相似文献   

14.
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,我们研究了氢化、氟化及氢氟化五边形石墨烯双层对其电子性能的调控.计算结果表明,氢化和氟化的五边形石墨烯双层可分别在价带顶及导带底形成局域的电子态而显著降低带隙.基于这一特性,我们进一步研究氢氟化的五边形石墨烯双层结构对电子能带的影响,并且发现通过调控氢氟化覆盖度能够有效调节带隙,进而实现五边形石墨烯双层从半导体到金属态的转变.  相似文献   

15.
肖美霞  梁尤平  陈玉琴  刘萌 《物理学报》2016,65(2):23101-023101
采用基于密度泛函理论的第一性原理模拟计算,研究了在应变作用下两层半氢化氮化镓纳米薄膜的电学和磁学性质.没有表面修饰的两层氮化镓纳米薄膜的原子结构为类石墨结构,并具有间接能隙.然而,当两层氮化镓纳米薄膜的一侧表面镓原子被氢化时,该纳米薄膜却依然保持纤锌矿结构,并且展示出铁磁性半导体特性.在应变作用下,两层半氢化氮化镓纳米薄膜的能隙可进行有效调控,并且它将会由半导体性质可转变为半金属性质或金属性质.这主要是由于应变对表面氮原子的键间交互影响和p-p轨道直接交互影响之间协调作用的结果.该研究成果为实现低维半导体纳米材料的多样化提供了有效的调控手段,为其应用于新型电子纳米器件和自旋电子器件提供重要的理论指导.  相似文献   

16.
高潭华 《物理学报》2015,64(7):76801-076801
采用密度泛函理论(DFT)广义梯度近似GGA和HSB06方法研究了氢化双层硅烯(silicene)的结构和电子性质, 结果表明: 氢化后的双层硅烯可能存在三种稳定的构型, AA椅型、AB椅型和AA船型, 其中AA椅型和AB椅型结构最为稳定, 氢化后这三种稳定构型材料的性质由零带隙的半金属(semimetal)转变为禁带宽度分别为1.208, 1.437和1.111 eV 的间接带隙的半导体, 采用混合泛函HSB06计算修正得到的带隙分别为1.595, 1.785 和1.592 eV. 进一步分析了在双轴应变下氢化双层硅烯的带隙随应变的关系, 得到应变可以连续的调节材料的带隙宽度, 这些性质有可能应用于未来的纳米电子器件.  相似文献   

17.
The intriguing structural and electronic properties of fully hydrogenated SiC honeycomb sheet are studied by means of ab initio calculations. Based on structure optimization and phonon dispersion analysis, we find that both chair-like and boat-like configurations are dynamically stable, and the chair-like conformer is energetically more favored with an energy gain of 0.03 eV per C atom relative to the boat-like one. The chair-like and boat-like conformers are revealed to be nonmagnetic semiconductors with direct band gaps of 3.84 and 4.29 eV, respectively, both larger than 2.55 eV of pristine SiC sheet. The charge density distributions show that the bondings are characterized with covalency for both chair-like and boat-like conformers.  相似文献   

18.
ABSTRACT

The electronic structures of C/B/Al-doped armchair GaN nanoribbons (aGaNNRs) are systematically studied by using density functional theory. We find that the original aGaNNRs are direct band gap semiconductors and that the gaps monotonically decrease with increasing widths. Interestingly, the B- or Al-doped aGaNNRs are also direct-band gap semiconductors with a slightly larger gap than their undoped aGaNNRs, while the C-doped aGaNNRs display metallic characteristics with an impurity state across the Fermi level in band structures. The semiconducting or metallic behaviours of C/B/Al-doped aGaNNRs can be explained by the orbital coupling between the extrinsic atom and primary Ga, N in their partial density of states. Our results show a useful way to modulate the band gaps of aGaNNRs.

Using the density-functional theory, we performed a theoretical research to study the electronic structures of C/B/Al-doped armchair gallium nitride nanoribbons. The calculated band structures show that the perfect and original aGaNNRs are direct semiconductors regardless of ribbon widths, and gaps monotonically decrease with increasing the widths. The B/Al-doped aGaNNRs are semiconductors with a slightly larger gap, while metallic behavior presents in C-doped aGaNNRs with an impurity band across the EF. The results show a useful way to modulate the band gaps of aGaNNRs.  相似文献   

19.
MoS2 and WS2 layered transition-metal dichalcogenides are indirect band gap semiconductors in their bulk forms. Thinned to a monolayer, they undergo a transition and become direct band gap materials. Layered structures of that kind can be folded to form nanotubes. We present here the electronic structure comparison between bulk, monolayered and tubular forms of transition metal disulfides using first-principle calculations. Our results show that armchair nanotubes remain indirect gap semiconductors, similar to the bulk system, while the zigzag nanotubes, like monolayers, are direct gap materials, what suggests interesting potential applications in optoelectronics.  相似文献   

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