缺陷与杂质对In在graphene上吸附影响的研究

摘要

Graphene作为一种新的碳基材料，自从2004年在实验室成功制备后，以其优良的电子性质和环境下的稳定性为制作纳米尺度的晶体管进而研发出基于graphene的集成电路芯片奠定了基础。本文利用第一原理方法研究了In在graphune上吸附的结构及电子特性，讨论In吸附在graphene上形成量子线结构的特点以及吸附能与覆盖度的关系，进而探讨空位与Si掺杂对In吸附的影响。 首先，采用基于密度泛函理论(DFT)的VASP程序包对单层graphene进行了结构优化，得到了与实验相符很好的晶格常数。在此基础上，研究了In在graphene上不同的吸附形态结构的影响，进而研究了吸附能与覆盖度的关系。结果表明，在覆盖度1/6单层(ML)下，In吸附在graphene上形成量子线形态更稳定。线内的In-In相互作用加强，使量子线趋于稳定，而线间的In原子的相互作用较弱，由于吸附高度较高，与graphene的作用不强。其吸附高度、吸附能对于不同的吸附位相差细微，与覆盖度1/6ML下()3×()3模型的In-graphene吸附体系相比，后者In原子之间作用稍小而与graphene作用大些，不同吸附位的吸附能差别稍大。二者的稳定吸附位是相同的，均在顶(T)位，最大吸附能相差很小。 其次，为了更深入地理解In在graphene上的吸附行为，进一步研究了空位及Si的替位掺杂对In吸附的影响。空位的存在增强了In在graphene上的吸附，在低覆盖度(1/32ML)下In的吸附更稳定。这主要由于空位使得graphene的悬挂键增加，而低覆盖度下In的吸附高度低，与graphene的相互作用为主，悬挂键加强了In与graphene的作用。计算中用一个Si原子替代graphene中的一个C原子构成了Si的替位掺杂模型。Si的替位掺杂对In在graphene上吸附也有强化作用，在较高覆盖度下(1/3ML)显著提升In吸附的稳定性。这主要归因于Si替代C位吸附In后会向In的吸附方向突出一定高度，使本来吸附高度较大的In原子获得了与graphene作用的中介，原来与graphene较弱的相互作用得到加强，与无掺杂的情况相比，In的吸附更稳定。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1碳基材料概述

1.1.1杂化轨道理论

1.1.2碳材料的发展

1.2 Graphene简介

1.2.1 Graphene的存在

1.2.2 Graphene的基本结构

1.2.3 Graphene的实验制备

1.2.4 Graphene的性质

1.2.5 Graphene的应用前景

第二章理论基础与计算方法

2.1密度泛函理论

2.1.1绝热近似

2.1.2 Hohenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.1.4局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)

2.2布洛赫定理和超原胞模型

2.2.1布洛赫定理

2.2.2超原胞(Supercell)模型

2.3赝势

2.3.1超软赝势(US-PP)

2.3.2投影扩充波势(PAW)

2.4 VASP软件包

第三章In在Graphene上的吸附结构

3.1模型和方法

3.2结果、分析和讨论

3.2.1结构的优化

3.2.2 In量子线在graphene上的吸附

3.2.3吸附能和覆盖度的关系

3.3本章小结

第四章空位和Si掺杂对In在Graphene上吸附的影响

4.1模型和方法

4.2结果、分析与讨论

4.2.2空位对In在graphene上吸附的影响

4.2.3 Si的替位掺杂对In在graphene上吸附的影响

4.3结论

第五章总结和展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的研究成果