Bi、Se、Te吸附對n-p型石墨烯電子結構影響的研究.pdf

1、石墨烯是目前材料科學和凝聚態(tài)物理學中重要的研究領域之一，它具有很多與眾不同的性質，如自旋軌道耦合相互作用、異常量子霍爾效應、高電子遷移率以及零帶隙半導體特性和亞品格對稱性等，這些性質使得石墨烯成為下一代電子材料的首選材料，可以用作催化劑，氣體傳感器，電子器件等。拓撲絕緣體是一種具有強自旋軌道耦合作用的量子物質態(tài)，它不同于傳統(tǒng)的半導體或是絕緣體，本身具有很多特殊的性質，深受科研人員的關注。石墨烯和拓撲絕緣體具有很多相似的特征，都屬于狄拉克

2、材料，都具有零級能量邊緣態(tài)和自旋軌道耦合作用等，實驗上利用分子束外延的方法已經成功在雙層石墨烯上生長出超薄拓撲絕緣體Bi2Se3、Bi2Te3薄膜，對拓撲絕緣體及相關原子與石墨烯的相互作用進行系統(tǒng)的研究具有重要的物理意義。
　　本文主要采用第一性原理方法，結合贗勢和超原胞模型，利用VASP程序包系統(tǒng)研究了Bi、Se和Te原子在完整和缺陷石墨烯上吸附的原子結構，電子性質及磁性質等，得到了一些比較有意義的結果，為實驗及自旋電子器件的制

3、備提供理論參考。
　　1.Bi、Se、Te在完整和空位缺陷石墨烯上吸附的研究
　　對Bi、Se、Te吸附完整和空位石墨烯體系的穩(wěn)定電子結構計算表明，Bi和Se在完整石墨烯上可以形成能量穩(wěn)定的吸附結構，Te原子則為能量不穩(wěn)定吸附。石墨烯的單空位處C原子的懸掛鍵使Bi、Se、Te原子在該處吸附的形成能遠大于在完整石墨烯上吸附的形成能。通過分析態(tài)密度分布發(fā)現(xiàn)只有Bi吸附完整石墨烯體系顯示磁性，其它體系均不顯示磁性，以及Bi吸附空位

4、石墨烯體系在費米能級處出現(xiàn)兩個對稱的新峰等，這些變化使得體系的物理化學性質發(fā)生改變。最后又進一步對吸附體系的電荷密度和差分電荷密度分布進行分析。
　　2.Bi、Se、Te在n/p型石墨烯上吸附的研究
　　對石墨烯進行n/p型摻雜的體系材料在電子器件的發(fā)展中占據(jù)著重要地位。計算表明常用的n/p型摻雜原子N/B在石墨烯內摻雜后體系的幾何結構沒有大的變化，在此基礎上我們研究了Bi、Se、Te吸附對B、N摻雜石墨烯電子結構的影響。研

5、究結果發(fā)現(xiàn)，Se吸附B摻雜體系不顯示磁性，Bi、Se、Te吸附均誘導其它體系產生磁性。對態(tài)密度分布進行分析可知Se吸附N摻雜體系的費米能級由導帶移動到了價帶，Bi吸附B摻雜體系的費米能級由原來的價帶移動到了帶隙處等。為了揭示電子轉移情況，進一步研究了電荷密度與差分電荷密度的分布。
　　在我們所研究的體系中，Se的吸附能力都比Bi和Te的強。缺陷對原子的吸附影響很大，單空位、B摻雜和N摻雜皆增強了Bi、Se和Te在石墨烯上的吸附能力