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缺陷对石墨烯电子结构的影响

来源:未知   作者:admin    发布时间: 2020-06-14 11:05   

缺陷对石墨烯电子结构的影响

  几何构造优化和电子构造的盘算是采用基于密度泛函外面(DFT)平面波赝势设施的Castep软件包完工的。正在实行构造弛豫和电子构造的盘算中,采用广义梯度近似(GGA)改正的PBE泛函惩罚相易闭连势能,能带构造积分旅途的采纳如图1所示。为淘汰平面波的数目,采用超软赝势(Ultrasoft pseudo petential)描摹原子实与价电子之间彼此效用,平面波截断能(Energy cut-off)筑设为280 eV,k-point筑设为1×1 ×2对应第一布里渊(Brillouin)区。构造优化采用BFGS算法,优化参数筑设如下:单位电子能量收敛法式为1.0×10-5eV/atom,原子间彼此效用力收敛法式为0.03 eV,晶体内应力收敛法式为0.05 GPa,原子最大位移收敛法式为1.0×10-13m,三维模子中线m。正在盘算缺陷模子之前最初盘算了本征石墨烯原胞的电子构造,石墨烯原胞如图2(a)所示,能带构造如图2(b)所示。由图2能够看出,关于石墨烯原胞,其能带构造带隙为零,阐扬出了很强的金属性。探讨到缺陷浓度和盘算量的限度,文中对石墨烯原胞实行了5×5×1的扩展,取得50个碳原子的超晶胞,这50个原子的超晶胞将是与缺陷模子实行对比的本征石墨烯模子。对模子实行几何优化后,结果如图3(a)所示。

  自2004年曼彻斯特大学的安德烈(AndreK.Geim)等人制备出石墨烯以还,全全邦掀起了对石墨烯钻探的高潮。石墨烯中各碳原子之间的衔接慎密柔韧,其强度比全邦上最好的钢铁还要高100倍,而且具有一系列的特别性子,如分数目子霍尔效应、量子霍尔铁磁性激子带隙等形象,而且石墨烯的电子迁徙率正在室温下能够横跨15 000 cm2/Vs。然而正在石墨烯的制备进程中,不成避免地发作各式缺陷,例如Stone-Wales缺陷、空地缺陷和吸附原子,当正在石墨烯上施加必定应力后,就有大概使碳原子面弯曲变形,发作缺陷。这些缺陷将影响石墨烯的机能,但其缺陷效应对其电学性子的影响机理还不领会。钻探其缺陷对石墨烯的影响,有助于正在实习中引入缺陷告竣对石墨烯机能实行调控。文中作事旨正在行使第一性道理来钻探存正在Stone-wales缺陷和单、双空地缺陷的石墨烯的电子构造,研讨众种缺陷对石墨烯电子构造的影响。

  摘要 基于第一性道理盘算设施,通过密度泛函外面(DFT)和广义梯度近似(GGA)对本征及含有烯能带正在费米能级邻近显露缺陷态对应的能带,并导致其能隙有分别水准的增大,并且与之对应的态密度也随之爆发相应的改观。此中,Stone-Wakes缺陷使石墨烯带隙由0 eV增至0.637 eV,单空地缺陷使带隙由0eV增至1.59leV,双空地缺陷使带隙由0 eV增至1.207eV。