缺陷對石墨烯電子結構的影響

如圖5(a)所示，本征石墨烯的電子態(tài)密度峰值比含有缺陷的石墨烯更為尖銳，這與本征石墨烯能帶結構中高對稱(chēng)點(diǎn)處存在較高的簡(jiǎn)并度相符。在費米能級處本征石墨烯具有多個(gè)峰值并且連續，表現為零帶隙，這與能帶結構的計算結果相符。對于含有Stone-Wales缺陷的超胞，態(tài)密度分布如圖5(b)所示，費米能級處有一個(gè)尖峰，對應為Stone-Wales缺陷引入的新缺陷能帶。缺陷的存在導致石墨烯出現帶隙，使石墨烯金屬性減弱，這與能帶結構相符合。
對于含單空位缺陷的石墨烯超胞。態(tài)密度分布如圖5(c)所示，圖中費米能級右邊第一個(gè)較尖銳的峰值應為懸掛鍵所貢獻，并在費米能級處出現了較小的帶隙，而費米能級左邊的第一個(gè)尖峰對應于缺陷中五邊形邊緣的碳原子產(chǎn)生的電子狀態(tài)。兩個(gè)缺陷尖峰的存在導致石墨烯的帶隙有了較為明顯的增大，態(tài)密度分布反映了能帶結構計算的結果。
雙空位態(tài)密度分布如圖5(d)所示，費米能級處存在較大帶隙，并且費米能級上方的第一個(gè)尖峰對應于雙空位缺陷所產(chǎn)生的缺陷態(tài)。這個(gè)尖峰也導致石墨烯帶隙出現了增大，其與能帶結構圖相符。
總體上看，石墨烯引入缺陷后，其金屬性受到破壞而半導體性得到增強，對于單空位缺陷，這種影響最為嚴重。

3 結束語(yǔ)
利用第一性原理計算方法，研究了多種缺陷對石墨烯電子結構的影響。得到如下結論：(1)Stone-Wales缺陷的存在使得石墨烯的帶隙增大至0．637 eV，并在費米能級附近引入一條缺陷能帶。(2)單空位缺陷使石墨烯帶隙增加至1．591 eV，并在能隙中出現了兩條新能帶：一條由懸掛鍵貢獻；一條為單空位缺陷中的五邊形結構貢獻。(3)雙空位缺陷使石墨烯帶隙增加至1．207 eV，并在帶隙中引入了一條新能帶，其作為雙空位缺陷態(tài)。相比而言，Stone-Wales缺陷對石墨烯電子結構影響最小，引起的帶隙變化較小，單空位缺陷引起的帶隙增大最大。如果讓這些缺陷結構滿(mǎn)足特定的分布，可以獲得多種基于石墨烯的二維晶體結構，這為石墨烯的性能調控提供了新的思路。