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硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

黄艳平 袁健美 郭刚 毛宇亮

硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

黄艳平, 袁健美, 郭刚, 毛宇亮
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了硅烯饱和吸附碱金属元素原子的稳定性、微观几何结构和电子性质, 并与纯硅烯及其饱和氢化结构进行了对比分析. 研究发现复合物SiX(X=Li, Na, K, Rb)的形成能都是负的, 相对于纯硅烯来说可以稳定存在. Bader电荷分析表明, 电荷从碱金属原子转移至硅原子. 从成键方式来看, 硅烯与氢原子形成共价键, 而与碱金属原子之间形成的键主要是离子性成键, 但还存在部分共价关联成分. 能带计算表明, 锂原子饱和吸附在硅烯形成的复合物SiLi是直接带隙的半导体, 带隙大小为0.34 eV. 其他碱金属饱和吸附在硅烯上形成的复合物都表现为金属性.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11374251, 11471280, 11101346)、湖南省教育厅科学研究基金(批准号: 12K046, YB2011B029)和湖南省自然科学基金(批准号: 12JJ9002)资助的课题.
    [1]

    Guzman-Verri G G, Voon L C L Y 2007 Phys. Rev. B 76 075131

    [2]

    Lalmi B, Oughaddou H, Enriquez H 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223109

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    Meng L, Wang Y L, Zhang L Z 2013 Nano Lett. 13 685

    [4]

    Fleurence A, Friedlein R, Ozaki T 2012 Phys. Rev. Lett. 108 245501

    [5]

    Feng B J, Ding Z J, Meng S, Yao Y G, He X Y, Cheng P, Chen L, Wu K H 2012 Nano Lett. 12 3507

    [6]

    Cahangirov S, Topsakal M, Akturk E 2009 Phys. Rev. Lett. 102 236804

    [7]

    Chen L, Wu K H 2013 Acta Phys. Sin. 42 9 (in Chinese) [陈岚, 吴克辉 2013 物理学报 42 9]

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    Liu C C, Jiang H, Yao Y G 2011 Phys. Rev. B 84 195430

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    Liu C C, Feng W X, Yao Y G 2011 Phys. Rev. Lett. 107 076802

    [10]

    Rowlands D A, Zhang Y Z 2014 Chin. Phys. B 23 037101

    [11]

    Quhe R G, Fei R X, Liu Q H, Zheng J X, Li H, Xu C Y, Ni Z Y, Wang Y Y, Yu D P, Gao Z X, Lu J ???? Sci. Rep. 2 853

    [12]

    Ni Z Y, Liu Q H, Tang K C, Zheng J X, Zhou J, Qin R, Gao Z X, Yu D P, Lu J 2012 Nano Lett. 12 113

    [13]

    Drummond N D, Zólyomi V, Fal'ko V I 2012 Phys. Rev. B 85 075423

    [14]

    Lew Yan Voon L C, Sandberg E, Aga R S, Farajian A A 2010 Appl. Phys. Lett. 97 163114

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    Osborn T H, Farajian A A, Pupysheva O V, Aga R S, Lew Yan Voon L C 2011 Chem. Phys. Lett. 511 101

    [16]

    Houssa M, Scalise E, Sankaran K, Pourtois G, Afanas'ev V V, Stesmans A 2011 Appl. Phys. Lett. 98 223107

    [17]

    Ding Y, Wang Y L 2012 Appl. Phys. Lett. 100 083102

    [18]

    Huang B, Xiang H J, Wei S H 2013 Phys. Rev. Lett. 111 145502

    [19]

    Wang S K, Tian H Y, Yang Y H, Wang J 2014 Chin. Phys. B 23 017203

    [20]

    Zhang C W, Yan S S 2012 J. Phys. Chem. C 116 4163

    [21]

    Sivek J, Sahin H, Partoens B, Peeters F M 2013 Phys. Rev. B 87 085444

    [22]

    Liu Y, Liang P, Shu H B, Cao D, Dong Q M, Wang L 2014 Chin. Phys. B 23 067304

    [23]

    Gao N, Zheng W T, Jiang Q 2012 Phys. Chem. Chem. Phys 14 257

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    Lin X Q, Ni J 2012 Phys. Rev. B 86 075440

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    [26]

    Ni Z Y, Zhong H X, Jiang X H, Quhe R G, Luo G F, Wang Y Y, Ye M, Yang J B, Shi J J, Lu J 2014 Nanoscale 6 7609

    [27]

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    [28]

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    Tang Y N, Yang Z X, Dai X Q 2011 J. Chem. Phys 135 224704

    [30]

    Perdew J P, Wang Y 1992 Phys. Rev. B 45 13244

    [31]

    Kresse G, Joubert D 1999 Phys. Rev. B 59 1758

    [32]

    Monkhorst H J, Pack J D 1976 Phys. Rev. B 13 5188

    [33]

    Clotet A, Ricart J M, Rubio J, Illas F 1995 Phys. Rev. B 51 1581

    [34]

    Savchenko A 2009 Science 323 589

  • [1]

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    [2]

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    [3]

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    [5]

    Feng B J, Ding Z J, Meng S, Yao Y G, He X Y, Cheng P, Chen L, Wu K H 2012 Nano Lett. 12 3507

    [6]

    Cahangirov S, Topsakal M, Akturk E 2009 Phys. Rev. Lett. 102 236804

    [7]

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  • [1] 李细莲, 刘刚, 杜桃园, 赵晶, 吴木生, 欧阳楚英, 徐波. 应力对硅烯上锂吸附的影响. 物理学报, 2014, 63(21): 217101. doi: 10.7498/aps.63.217101
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    [3] 盛喆, 戴显英, 苗东铭, 吴淑静, 赵天龙, 郝跃. 各Li吸附组分下硅烯氢存储性能的第一性原理研究. 物理学报, 2018, 67(10): 107103. doi: 10.7498/aps.67.20172720
    [4] 陈玉红, 曹一杰, 任宝兴. Ti原子在Al(110)表面吸氢过程中催化作用的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8015-8020. doi: 10.7498/aps.59.8015
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    [8] 廖建, 谢召起, 袁健美, 黄艳平, 毛宇亮. 3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(16): 163101. doi: 10.7498/aps.63.163101
    [9] 贺艳斌, 贾建峰, 武海顺. N2H4在NiFe(111)合金表面吸附稳定性和电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 203101. doi: 10.7498/aps.64.203101
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    [11] 曹海燕, 毕恒昌, 谢骁, 苏适, 孙立涛. 氧化石墨烯基功能纸的简易制备和染料吸附性能. 物理学报, 2016, 65(14): 146802. doi: 10.7498/aps.65.146802
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-07-15
  • 修回日期:  2014-09-04
  • 刊出日期:  2015-01-05

硅烯饱和吸附碱金属原子的第一性原理研究

  • 1. 湘潭大学材料与光电物理学院, 微纳能源材料与器件湖南省重点实验室, 湘潭 411105;
  • 2. 湘潭大学数学与计算科学学院, 科学工程计算与数值仿真湖南省重点实验室, 湘潭 411105;
  • 3. 浙江大学硅材料国家重点实验室, 杭州 310027
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11374251, 11471280, 11101346)、湖南省教育厅科学研究基金(批准号: 12K046, YB2011B029)和湖南省自然科学基金(批准号: 12JJ9002)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算, 研究了硅烯饱和吸附碱金属元素原子的稳定性、微观几何结构和电子性质, 并与纯硅烯及其饱和氢化结构进行了对比分析. 研究发现复合物SiX(X=Li, Na, K, Rb)的形成能都是负的, 相对于纯硅烯来说可以稳定存在. Bader电荷分析表明, 电荷从碱金属原子转移至硅原子. 从成键方式来看, 硅烯与氢原子形成共价键, 而与碱金属原子之间形成的键主要是离子性成键, 但还存在部分共价关联成分. 能带计算表明, 锂原子饱和吸附在硅烯形成的复合物SiLi是直接带隙的半导体, 带隙大小为0.34 eV. 其他碱金属饱和吸附在硅烯上形成的复合物都表现为金属性.

English Abstract

参考文献 (34)

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