单层黑磷物理性质的第一性原理研究

摘要：单层黑磷因其独特的物理结构，使其具有独特的物理化学性质，可以很好地应用在光电子设备上。基于此，利用第一性原理来研究单层黑磷的物理性质，包括其电子性质和光学性质。由密度泛函理论，可得到黑磷纳米带的电子能带结构受氢钝化或卤族原子钝化的影响。进一步研究单层黑磷的电接触，通过分析电子结构、电荷转移、潜力、和能带弯曲，发现铜是能与黑磷形成良好欧姆接触的最佳金属。此外，光的吸收光谱和载流子的导电性是各向异性的，可以知道单层黑磷的光学性质强烈地依赖于所施加的应变，其光学响应可以有效调节应变工程中的光电器件。71471

毕业论文关键词：第一性原理，物理性质，密度泛函理论，电接触，应变

Abstract：Because of its unique physical structure, single-layer black phosphorus has unique physical and chemical properties, which can be implied in various optoelectronic device applications. Based on this, the physical properties of single-layer black phosphorus can be investigated by using first principles calculations, including its electronic and optical properties. Based on the density function theory (DFT), the result shows that electronic band structure of black phosphorus nanobelts can be efficiently tuned by edge hydrogenation or fluorination. It is found that Cu is the best candidate to form excellent Ohmic contact to monolayer black phosphorus by analyzing electronic structure, charge transfer, potential, and band bending for further research. In addition, the absorption spectrum of light and the conductivity of carrier are anisotropic, it is known that optical properties of the monolayer black phosphorus strongly dependent on the applied strain, the optical response can effectively adjust the strain engineering of photoelectric devices.

Keywords: first principles calculations, the physical properties, the density functional theory (DFT), electrical contacts, strain

1 引言4

2 黑磷纳米带电子结构的调控4

2.1 计算方法与模型4

2.2 讨论5

2.2.1 氢化模式 5

2.2.2 卤族原子钝化 6

2.2.3 BPNR-H，BPNR-Y的稳定性7

3 金属和黑磷的电接触7

3.1 PDOS的分析8

3.2 接触面的相互作用8

3.2.1 电荷密度8

3.2.2 电子定位功能9

3.2.3 电位平均值9

4 光学性质10

4.1 计算方法10

4.2 应变11

结论14

参考文献15

致谢16

1 引言

近年来，石墨烯因其独特的力学，电学，光学性能，而成为学术界研究的热门话题[1]。虽然石墨烯是一种迷人的2D材料，但石墨烯本身没有本征带隙，因此带隙的缺失使其在半导体领域中的应用受到了限制。不同于石墨烯，黑磷的一个主要的优点就是有一个内在的带隙。在最近J.Dai等人[2]的理论研究中，磷烯的直接带隙取决于数量层（从0.3到1.5 eV）, 一个垂直的电场能用来调整带隙。此外，单层黑磷的载流子迁移率高，已经有蛮多的学术界人士研究了二维单层黑磷的电子能带结构。目前为止，金属黑磷接触没有受到系统地调查，我们的目标是用欧姆的顺序确定金属-黑磷的接触，以便认识到黑磷（Black Phosphorus）作为一个新兴电子材料所具有的巨大潜力。利用密度泛函理论DFT[3]（density functional theory）的方法，系统研究了单层BP（Black Phosphorus）对几种重要金属基板包括Ta(110), Nb(110), Cu(111), Zn(0001), In(110)的原子结构，这些金属表面有一个相当小的晶格失配，所以人们期望它们作为BP可能的接触材料。对于所研究的材料，我们预测，铜/BP的接触具有很好的欧姆特性。同时，H.Liu 等人[4]预测了黑磷的稳定性和各向异性，使黑磷成为未来光电器件的备选材料。论文网单层黑磷物理性质的第一性原理研究:http://www.youerw.com/wuli/lunwen_81133.html