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GaAs(111)表面硅烯、锗烯的几何及电子性质研究

张弦 郭志新 曹觉先 肖思国 丁建文

GaAs(111)表面硅烯、锗烯的几何及电子性质研究

张弦, 郭志新, 曹觉先, 肖思国, 丁建文
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  • 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 系统研究了硅烯、锗烯在GaAs(111) 表面的几何及电子结构. 研究发现, 硅烯、锗烯均可在As-中断和Ga-中断的GaAs(111) 表面稳定存在, 并呈现蜂窝状六角几何构型. 形成能计算结果证明了其实验制备的可行性. 同时发现硅烯、锗烯与GaAs表面存在共价键作用, 这破坏了其Dirac电子性质. 进一步探索了利用氢插层恢复硅烯、锗烯Dirac电子性质的方法. 发现该方法可使As-中断面上硅烯、锗烯的Dirac电子性质得到很好恢复, 而在Ga-中断面上的效果不够理想. 此外, 基于原子轨道成键和杂化理论揭示了GaAs表面硅烯、锗烯能带变化的物理机理. 研究结果为硅烯、锗烯在半导体基底上的制备及应用奠定了理论基础.
      通信作者: 郭志新, zxguo08@gmail.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 11204259, 11374252, 11474245, 51372214)、湖南省自然科学基金(批准号: 2015JJ6106)、新世纪优秀人才计划(批准号: NCET-12-0722)和教育部长江学者和创新团队计划(IRT13093)资助的课题.
    [1]

    Slonczewski J C, Weiss P R 1958 Phys. Rev. 109 272

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    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Katsnelson M L, Grigorieva I V, Dubonos S V, Firsov A A 2005 Nature 438 197

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    Zhang Y, Tan Y W, Stormer H L, Kim P 2005 Nature 438 201

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    Son Y W, Cohen M L, Louie S G 2007 Nature 444 347

    [5]

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    Geim A K, Novoselov K S 2007 Nat. Mat. 6 183

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

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    Vogt P, de Padova P, Quaresima C, Avila J, Frantzeskakis E, Asensio M C, Resta A, Ealet B, Le Lay G 2012 Phys. Rev. Lett. 108 155501

    [10]

    Chen L, Liu C C, Feng B, He X, Cheng P, Ding Z, Meng S, Yao Y, Wu K 2012 Phys. Rev. Lett. 109 056804

    [11]

    Fleurence A, Friedlein R, Ozaki T, Kawai H, Wang Y, Yamada-Takamura Y 2012 Phys. Rev. Lett. 108 245501

    [12]

    Meng L, Wang Y, Zhang L, Du S, Wu R, Li L, Zhang Y, Li G, Zhou H, Hofer W A, Gao H J 2013 Nano Lett. 13 685

    [13]

    Li L, Lu S, Pan J, Qin Z, Wang Y Q, Wang Y, Cao G Y, Du S, Gao H J 2014 Adv. Mater. 26 4820

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    Kresse G, Hafner J 1994 Phys. Rev. B 49 14251

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    Klimeš J, Bowler D R, Michaelides A 2011 Phys. Rev. B 83 195131

    [22]

    Woolf D A, Westwood D I, Williams R H 1993 Appl. Phys. Lett. 62 1370

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    Clementi E, Raimondi D L, Reinhardt W P 1963 J. Chem. Phys. 38 2686

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    Riedl C, Coletti C, Iwasaki T, Zakharov A A, Starke U 2009 Phys. Rev. Lett. 103 246804

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出版历程
  • 收稿日期:  2015-03-03
  • 修回日期:  2015-04-27
  • 刊出日期:  2015-09-20

GaAs(111)表面硅烯、锗烯的几何及电子性质研究

  • 1. 湘潭大学物理与光电工程学院, 纳米物理与稀土发光研究所, 微纳能源材料与器件湖南省重点实验室, 湘潭 411105
  • 通信作者: 郭志新, zxguo08@gmail.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 11204259, 11374252, 11474245, 51372214)、湖南省自然科学基金(批准号: 2015JJ6106)、新世纪优秀人才计划(批准号: NCET-12-0722)和教育部长江学者和创新团队计划(IRT13093)资助的课题.

摘要: 基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 系统研究了硅烯、锗烯在GaAs(111) 表面的几何及电子结构. 研究发现, 硅烯、锗烯均可在As-中断和Ga-中断的GaAs(111) 表面稳定存在, 并呈现蜂窝状六角几何构型. 形成能计算结果证明了其实验制备的可行性. 同时发现硅烯、锗烯与GaAs表面存在共价键作用, 这破坏了其Dirac电子性质. 进一步探索了利用氢插层恢复硅烯、锗烯Dirac电子性质的方法. 发现该方法可使As-中断面上硅烯、锗烯的Dirac电子性质得到很好恢复, 而在Ga-中断面上的效果不够理想. 此外, 基于原子轨道成键和杂化理论揭示了GaAs表面硅烯、锗烯能带变化的物理机理. 研究结果为硅烯、锗烯在半导体基底上的制备及应用奠定了理论基础.

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参考文献 (24)

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