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EEPW首頁(yè) > 電源與新能源 > 設計應用 > 缺陷對石墨烯電子結構的影響

缺陷對石墨烯電子結構的影響

作者: 時(shí)間:2012-02-20 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏

摘要 基于第一性原理計算方法,通過(guò)密度泛函理論(DFT)和廣義梯度近似(GGA)對本征及含有烯超晶胞進(jìn)行了的計算,研究了多種。研究發(fā)現,多種均使烯能帶在費米能級附近出現缺陷態(tài)對應的能帶,并導致其能隙有不同程度的增大,而且與之對應的態(tài)密度也隨之發(fā)生相應的變化。其中,Stone-Wakes缺陷使石墨烯帶隙由0 eV增至0.637 eV,單空位缺陷使帶隙由0eV增至1.59leV,雙空位缺陷使帶隙由0 eV增至1.207eV。
關(guān)鍵詞 石墨烯;;缺陷;DFT

自2004年曼徹斯特大學(xué)的安德烈(AndreK.Geim)等人制備出石墨烯以來(lái),全世界掀起了對石墨烯研究的熱潮。石墨烯中各碳原子之間的連接緊密柔韌,其強度比世界上最好的鋼鐵還要高100倍,并且擁有一系列的獨特特性,如分數量子霍爾效應、量子霍爾鐵磁性激子帶隙等現象,并且石墨烯的電子遷移率在室溫下可以超過(guò)15 000 cm2/V·s。然而在石墨烯的制備過(guò)程中,不可避免地產(chǎn)生各種缺陷,比如Stone-Wales缺陷、空位缺陷和吸附原子,當在石墨烯上施加一定應力后,就有可能使碳原子面彎曲變形,產(chǎn)生缺陷。這些缺陷將石墨烯的性能,但其缺陷效應對其電學(xué)特性的機理還不清楚。研究其缺陷對石墨烯的影響,有助于在實(shí)驗中引入缺陷實(shí)現對石墨烯性能進(jìn)行調控。文中工作旨在利用第一性原理來(lái)研究存在Stone-wales缺陷和單、雙空位缺陷的石墨烯的電子結構,探討多種缺陷對石墨烯電子結構的影響。

1 計算模型與方法
幾何結構優(yōu)化和電子結構的計算是采用基于密度泛函理論(DFT)平面波贗勢方法的Castep軟件包完成的。在進(jìn)行結構弛豫和電子結構的計算中,采用廣義梯度近似(GGA)修正的PBE泛函處理交換相關(guān)勢能,能帶結構積分路徑的選取如圖1所示。為減少平面波的數量,采用超軟贗勢(Ultrasoft pseudo petential)描述原子實(shí)與價(jià)電子之間相互作用,平面波截斷能(Energy cut-off)設置為280 eV,k-point設置為1×1 ×2對應第一布里淵(Brillouin)區。結構優(yōu)化采用BFGS算法,優(yōu)化參數設置如下:?jiǎn)卧娮幽芰渴諗繕藴蕿?.0×10-5eV/atom,原子間相互作用力收斂標準為0.03 eV,晶體內應力收斂標準為0.05 GPa,原子最大位移收斂標準為1.0×10-13m,三維模型中真空層取1.0×10-9m。在計算缺陷模型之前首先計算了本征石墨烯原胞的電子結構,石墨烯原胞如圖2(a)所示,能帶結構如圖2(b)所示。由圖2可以看出,對于石墨烯原胞,其能帶結構帶隙為零,表現出了很強的金屬性??紤]到缺陷濃度和計算量的限制,文中對石墨烯原胞進(jìn)行了5×5×1的擴展,得到50個(gè)碳原子的超晶胞,這50個(gè)原子的超晶胞將是與缺陷模型進(jìn)行比較的本征石墨烯模型。對模型進(jìn)行幾何優(yōu)化后,結果如圖3(a)所示。

本文引用地址:http://dyxdggzs.com/article/177883.htm

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關(guān)鍵詞: 影響 結構 電子 石墨 缺陷

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