2 黑磷纳米带电子结构的调控

2.1 计算方法与模型

基于密度泛函理论，采用模拟软件包VASP（Vienna Ab-initio Simulation Package），使用投影缀加平面波的方法把初始的结构优化。我们主要讨论锯齿型黑磷纳米带(Zigzag Black Phosphorus Nanoribbon；以下简称为ZBPNR)和扶手型黑磷纳米带(Armchair Black Phosphorus Nanoribbon；以下简称为ABPNR)的电子结构。图1（a）表示为本征ABPNR的结构示意图，图1（b）表示为本征ZBPNR的结构示意图。图中x轴方向即纳米带宽，y轴方向即原胞的扩展。实验中，ABPNR宽度取为14层，ZBPNR宽度一般取为11层，要求设置动能的截断值为360eV，在广义梯度近似下，使得系统内每个原子的受力<0.1eV/nm，完成纳米带结构驰豫后，运用DFT，计算出电子能带的结构以及态密度（DOS），并讨论各边缘饱和模式下的稳定性。

 （a）ABPNR-bare的俯视图与侧视图    ZBPNR-bare的俯视图与侧视图来!自-优.尔,论:文+网www.youerw.com

2.2 讨论

2.2.1 氢化模式

首先，我们来研究本征边缘和氢化边缘下的APNR,ZPNR的能带结构。计算结果如图2所示，对于APNR-H，观察图2的（a）（b）（c）三幅图，通过比较，我们可以看出加横向电场的能带结构与未加电场的不同之处在于施加电场之后，导带和价带之间的带隙显然地缩小了。而对于ZPNR-H，观察图2 的（d）（e）（f）三幅图，我们可以看出加横向电场后，其能带结构与本征态类似，只不过导带和价带均向下移动，而且导带向下偏移的程度比价带大，从而使得带隙减小。

   Γ        X   Γ         X   Γ         X  Γ         X  Γ         X   Γ         X

（a）ABPNR-bare（b）ABPNR-H（c）加1V/nm （d）ZBPNR-bare（e）ZBPNR-H （f）加1V/nm 

 ABPNR和ZBPNR在本征、氢化未加电场和氢化加电场下的能带结构图

然后，我们继续探讨横向电场与带隙之间的关系。计算结果如图3所示，随着横向电场的加强，ZBPNR-H和ABPNR-H的带隙都很大幅度地下降，我们运用极限的思想，若电场强度进一步扩大趋近于0，说明BPNR的电子结构可以通过横向电场来调节，实现半导体/金属之间的转换。此外，我们还可以得出如果在纳米带上施加与带表面相垂直的电场，则不影响BPNR的电子结构。

 ABPNR-H和ZBPNR-H的带隙随横向电场的变化

2.2.2 卤族原子钝化

接下来我们研究卤族原子钝化模式下特别是氟化PNR的电子结构。计算结果如图4所示，我们比较图2与图4，很容易就能发现氟化模式下对PNR电子结构的影响与氢化很相似，特别突出在能带结构和带隙上