将晶格参数相似、物理性质迥异的二维单层材料结合成异质结构形式，可以在较大的 空间内灵活的调节其物理性质，从而在肖特基二极管、场效应管以及集成电路等方向具有 广阔的应用前景。最近，人们发现将半金属的石墨烯和具有宽带隙的半导体h-BN 单层（～ 5.9 eV）结合成异质结构（Graphene/h-BN, G/h-BN）形式，一方面可以在较大的范围内调 节材料带隙，另一方面可以实现单原子薄膜电路的设计，从而适应各种器件的不同要求， 成为目前二维原子薄膜材料的研究热点之一。文献综述

二维单层材料异质结的构建（左图），类似于“乐高”积木的搭建（右图）。[7]

1.3 基于石墨烯的双层异质结

到目前为止，人们对二维单层材料异质结的结构、特性及应用已经进行了深入的实验 和理论研究。其中，关于基于石墨烯的双层异质结的工作尤其丰富，比如，石墨烯/六角 氮化硼、石墨烯/硅烯、石墨烯/磷烯、石墨烯/氧化锌、石墨烯/二硫化钼、石墨烯/二硫 化硒等等。这些双层异质结显示出许多优于单层组份材料的性质，具有诱人的应用前景。

石墨烯/六角氮化硼是研究得最多的一个基于石墨烯的双层异质结体系。理论上首先 发现，以六角氮化硼为衬底，置于其上的单层石墨烯可以在狄拉克点打开能隙，并且能隙 的大小可以通过氮化硼层和石墨烯层之间的间距进行调控；实验上也验证了单层六角氮化 硼作为石墨烯衬底的可行性。

1.4 本论文主要工作

在本论文中，我们选取石墨烯/磷烯和石墨烯/二硫化钼两个双层异质结体系为研究对 象，通过基于密度泛函理论的数值计算，系统考察了它们的结构和电子特性，并研究了层 间距对异质结物性的影响。所得结果预示着石墨烯/磷烯和石墨烯/二硫化钼两个双层异质 结在电子设备和光电器件等方面具有广阔的应用前景。

2 理论基础及计算程序

纳米体系的理论研究方法从原子间相互作用的描述上来看可分为三类：经验势方法、 半经验方法和量子力学从头算方法，三种方法各有利弊。随着计算机性能的不断提高，目 前纳米体系的理论研究主要是基于第一性原理——密度泛函理论的计算讨论。本节将简单 介绍一下本论文所依据的理论基础——密度泛函理论。来!自-优.尔,论:文+网www.youerw.com

2.1 多粒子体系模型

通常的纳米结构都是由多个原子组成，在量子力学上要作为一个多粒子体系来处理， 其性质取决于粒子间的相互作用。而理论上严格求解这样一个多粒子体系的Schrǒdinger 方程非常困难，基本的思路是采取适当的近似，将多体问题转化为单体问题。

考虑到原子核质量远远大于电子质量，因此原子核的运动速度比电子的要小得多。当 电子处于高速运动时，原子核只是在其平衡位置振动；电子能够绝热于核的运动，原子核 只能缓慢地跟上电子分布的变化。因此，可以进行这两方面的考虑：在处理电子运动问题 时，将原子核视为静止于他们的瞬时位置上；在处理原子核的运动问题时，则不考虑电子 在空间的具体分布。这就是Born-Oppenheimer 绝热近似