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表面氢化双层硅烯的结构和电子性质

高潭华

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表面氢化双层硅烯的结构和电子性质

高潭华

Structural and electronic properties of hydrogenated bilayer silicene

Gao Tan-Hua
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  • 采用密度泛函理论(DFT)广义梯度近似GGA和HSB06方法研究了氢化双层硅烯(silicene)的结构和电子性质, 结果表明: 氢化后的双层硅烯可能存在三种稳定的构型, AA椅型、AB椅型和AA船型, 其中AA椅型和AB椅型结构最为稳定, 氢化后这三种稳定构型材料的性质由零带隙的半金属(semimetal)转变为禁带宽度分别为1.208, 1.437和1.111 eV 的间接带隙的半导体, 采用混合泛函HSB06计算修正得到的带隙分别为1.595, 1.785 和1.592 eV. 进一步分析了在双轴应变下氢化双层硅烯的带隙随应变的关系, 得到应变可以连续的调节材料的带隙宽度, 这些性质有可能应用于未来的纳米电子器件.
    Using the density functional theory (DFT) with both the generalized gradient approximation (GGA) and HSE06 hybrid functional calculation, we have investigated the structural and electronic properties of hydrogenated bilayer silicene. Results show that the hydrogenated bilayer silicene may have three configurations: AA-chair-like, AB-chair-like and AA-boat-like forms; after hydrogenation the material properties change from zero band gap semimetal into an indirect band gap semiconductor with forbidden band widths of 1.208, 1.437, and 1.111 eV. We have performed a hybrid HSB06 functional calculation and the correction for the band gaps: 1.595, 1.785, and 1.592 eV. Further analysis of the hydrogenated bilayer silicene with a strained band gap, the relationship between strain and the band gap can be continuously adjusted. Possible applications may be found in future nano-electronic devices.
    • 基金项目: 福建省教育厅科技项目(批准号: JK2013054)和武夷学院教授工程项目(批准号: JSGC05) 资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Science and Technology Program of Education Bureau of Fujian Province, China (Grant No. JK2013054), and the Professor Engineering Program of Wuyi University, China (Grant No. JSGC05).
    [1]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [2]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Katsnelson M I, Grigorieva I V, Dubonos S V, Firsov A A 2005 Nature 438 97

    [3]

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

    [4]

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

    [5]

    Sofo J O, Chaudhari A S, Barber G D 2007 Phys. Rev. B 75 153401

    [6]

    Nair R R, Ren W, Jalil R, Riaz I, Kravets V G, Britnell L, Blake P, Schedin F, Mayorov A S, Yuan S, Katsnelson M I, Cheng H M, Strupinski W, Bulusheva L G, Okotrub A V, Grigorieva I V, Grigorenko A N, Novoselov K S, Geim A K 2010 Small 6 2877

    [7]

    Li Q Q, Zhang X, Wu J B, Lu Y, Tan P H, Feng Z H, Li J, Wei C, Liu Q B 2014 Acta Phys. Sin. 63 147802 (in Chinese) [厉巧巧, 张昕, 吴江滨, 鲁妍, 谭平恒, 冯志红, 李佳, 蔚翠, 刘庆斌 2014 物理学报 63 147802]

    [8]

    Gao T H 2014 Acta Phys. Sin. 63 046102 (in Chinese) [高潭华 2014 物理学报 63 046102]

    [9]

    Wang D, Zhang Z H, Deng X Q, Fan Z Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 207101 (in Chinese) [王鼎, 张振华, 邓小清, 范志强 2013 物理学报 62 207101]

    [10]

    Xu W Y, Huang L, Que Y D, Li E, Zhang H G, Lin X, Wang Y L, Du S X, Gao H J 2014 Chin. Phys. B 23 098101

    [11]

    Yang H, Shen C M, Tian Y, Wang G Q, Lin S X, Zhang Y, Gu C Z, Li J J, Gao H J 2014 Chin. Phys. B 23 096803

    [12]

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

    [13]

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

    [14]

    Lalmi B, Oughaddou H, Enriquez H, Kara A, Vizzinif S, Ealeta B, Aufraya B 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223109

    [15]

    Aufray B, Kara A, Vizzini S, Oughaddou H, Léandri C, Ealet B, Lay G L 2010 Appl. Phys. Lett. 96 183102

    [16]

    Antoine F, Rainer F, Taisuke O, Kawai H Wang Y, Yamada-Takamura Y 2012 Phys. Rev. Lett. 108 245501

    [17]

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

    [18]

    Wang R, Wang S F, Wu X Z arXiv:1305.4789v2 [cond-mat.mes-hall][2014-8-25]

    [19]

    Kamal C, Chakrabarti A, Banerjee A, Deb S K 2013 J Phys: Condens. Matter. 25 085508

    [20]

    Houssa M, Pourtois G, Afanas'ev V V, Stesmans A 2010 Appl. Phys. Lett. 97 112106

    [21]

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

    [22]

    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 2012 Sci.Rep. 2 853

    [23]

    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

    [24]

    Blöchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [25]

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

    [26]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [27]

    Kresse G, Furthmller J. 1996 Comput. Mater. Sci. 6 15

    [28]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Singh D J, Fiolhais C 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [29]

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

    [30]

    Feynman R P 1939 Phys .Rev. 56 340

    [31]

    Zhang P, Li X D, Hu C H, Zhu Z Z 2012 Phys. Lett. A 376 1230

    [32]

    Cheng G, Liu P F, Li Z T 2013 Chin. Phys. B 22 046201

  • [1]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Zhang Y, Dubonos S V, Grigorieva I V, Firsov A A 2004 Science 306 666

    [2]

    Novoselov K S, Geim A K, Morozov S V, Jiang D, Katsnelson M I, Grigorieva I V, Dubonos S V, Firsov A A 2005 Nature 438 97

    [3]

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

    [4]

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

    [5]

    Sofo J O, Chaudhari A S, Barber G D 2007 Phys. Rev. B 75 153401

    [6]

    Nair R R, Ren W, Jalil R, Riaz I, Kravets V G, Britnell L, Blake P, Schedin F, Mayorov A S, Yuan S, Katsnelson M I, Cheng H M, Strupinski W, Bulusheva L G, Okotrub A V, Grigorieva I V, Grigorenko A N, Novoselov K S, Geim A K 2010 Small 6 2877

    [7]

    Li Q Q, Zhang X, Wu J B, Lu Y, Tan P H, Feng Z H, Li J, Wei C, Liu Q B 2014 Acta Phys. Sin. 63 147802 (in Chinese) [厉巧巧, 张昕, 吴江滨, 鲁妍, 谭平恒, 冯志红, 李佳, 蔚翠, 刘庆斌 2014 物理学报 63 147802]

    [8]

    Gao T H 2014 Acta Phys. Sin. 63 046102 (in Chinese) [高潭华 2014 物理学报 63 046102]

    [9]

    Wang D, Zhang Z H, Deng X Q, Fan Z Q 2013 Acta Phys. Sin. 62 207101 (in Chinese) [王鼎, 张振华, 邓小清, 范志强 2013 物理学报 62 207101]

    [10]

    Xu W Y, Huang L, Que Y D, Li E, Zhang H G, Lin X, Wang Y L, Du S X, Gao H J 2014 Chin. Phys. B 23 098101

    [11]

    Yang H, Shen C M, Tian Y, Wang G Q, Lin S X, Zhang Y, Gu C Z, Li J J, Gao H J 2014 Chin. Phys. B 23 096803

    [12]

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

    [13]

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

    [14]

    Lalmi B, Oughaddou H, Enriquez H, Kara A, Vizzinif S, Ealeta B, Aufraya B 2010 Appl. Phys. Lett. 97 223109

    [15]

    Aufray B, Kara A, Vizzini S, Oughaddou H, Léandri C, Ealet B, Lay G L 2010 Appl. Phys. Lett. 96 183102

    [16]

    Antoine F, Rainer F, Taisuke O, Kawai H Wang Y, Yamada-Takamura Y 2012 Phys. Rev. Lett. 108 245501

    [17]

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

    [18]

    Wang R, Wang S F, Wu X Z arXiv:1305.4789v2 [cond-mat.mes-hall][2014-8-25]

    [19]

    Kamal C, Chakrabarti A, Banerjee A, Deb S K 2013 J Phys: Condens. Matter. 25 085508

    [20]

    Houssa M, Pourtois G, Afanas'ev V V, Stesmans A 2010 Appl. Phys. Lett. 97 112106

    [21]

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

    [22]

    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 2012 Sci.Rep. 2 853

    [23]

    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

    [24]

    Blöchl P E 1994 Phys. Rev. B 50 17953

    [25]

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

    [26]

    Kresse G, Furthmller J 1996 Phys. Rev. B 54 11169

    [27]

    Kresse G, Furthmller J. 1996 Comput. Mater. Sci. 6 15

    [28]

    Perdew J P, Chevary J A, Vosko S H, Jackson K A, Pederson M R, Singh D J, Fiolhais C 1992 Phys. Rev. B 46 6671

    [29]

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

    [30]

    Feynman R P 1939 Phys .Rev. 56 340

    [31]

    Zhang P, Li X D, Hu C H, Zhu Z Z 2012 Phys. Lett. A 376 1230

    [32]

    Cheng G, Liu P F, Li Z T 2013 Chin. Phys. B 22 046201

  • [1] 吴洪芬, 冯盼君, 张烁, 刘大鹏, 高淼, 闫循旺. 铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理. 物理学报, 2022, 71(3): 036801. doi: 10.7498/aps.71.20211631
    [2] 崔洋, 李静, 张林. 外加横向电场作用下石墨烯纳米带电子结构的密度泛函紧束缚计算. 物理学报, 2021, 70(5): 053101. doi: 10.7498/aps.70.20201619
    [3] 李发云, 杨志雄, 程雪, 甄丽营, 欧阳方平. 单层缺陷碲烯电子结构与光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2021, 70(16): 166301. doi: 10.7498/aps.70.20210271
    [4] 吴洪芬, 冯盼君, 张烁, 刘大鹏, 高淼, 闫循旺. 铁原子吸附联苯烯单层电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211631
    [5] 徐贤达, 赵磊, 孙伟峰. 石墨烯纳米网电导特性的能带机理:第一原理计算. 物理学报, 2020, 69(4): 047101. doi: 10.7498/aps.69.20190657
    [6] 李琳, 孙宇璇, 孙伟峰. 层状氧化钼的电子结构、磁和光学性质第一原理研究. 物理学报, 2019, 68(5): 057101. doi: 10.7498/aps.68.20181962
    [7] 王丹, 邹娟, 唐黎明. 氢化二维过渡金属硫化物的稳定性和电子特性: 第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(3): 037102. doi: 10.7498/aps.68.20181597
    [8] 池明赫, 赵磊. 石墨烯纳米片磁有序和自旋逻辑器件第一原理研究. 物理学报, 2018, 67(21): 217101. doi: 10.7498/aps.67.20181297
    [9] 刘慧英, 张秀钦, 方艺梅, 朱梓忠. T型石墨烯及其衍生物的结构与电子特性. 物理学报, 2017, 66(16): 166101. doi: 10.7498/aps.66.166101
    [10] 高潭华, 吴顺情, 张鹏, 朱梓忠. 表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质. 物理学报, 2014, 63(1): 016801. doi: 10.7498/aps.63.016801
    [11] 李荣, 罗小玲, 梁国明, 付文升. 稀土元素掺杂对VH2解氢性能的影响. 物理学报, 2012, 61(9): 093601. doi: 10.7498/aps.61.093601
    [12] 高潭华, 刘慧英, 张鹏, 吴顺情, 杨勇, 朱梓忠. Al掺杂的尖晶石型LiMn2O4的结构和电子性质. 物理学报, 2012, 61(18): 187306. doi: 10.7498/aps.61.187306
    [13] 梁伟华, 丁学成, 褚立志, 邓泽超, 郭建新, 吴转花, 王英龙. 镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(11): 8071-8077. doi: 10.7498/aps.59.8071
    [14] 刘君民, 孙立忠, 陈元平, 张凯旺, 袁辉球, 钟建新. 镧铱硅电子结构与成键机理的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(11): 7826-7832. doi: 10.7498/aps.58.7826
    [15] 王彦, 沈波, Dierre Benjamin, Sekiguchi Takashi, 许福军. 氢化作用对低能电子束辐照下GaN发光演变的影响. 物理学报, 2009, 58(11): 7864-7868. doi: 10.7498/aps.58.7864
    [16] 蒋岩玲, 付石友, 邓开明, 唐春梅, 谭伟石, 黄德财, 刘玉真, 吴海平. C60富勒烯-巴比妥酸及其二聚体几何结构和电子结构的密度泛函计算研究. 物理学报, 2008, 57(6): 3690-3697. doi: 10.7498/aps.57.3690
    [17] 柏于杰, 付石友, 邓开明, 唐春梅, 陈 宣, 谭伟石, 刘玉真, 黄德财. 密度泛函理论计算内掺氢分子富勒烯H2@C60及其二聚体的几何结构和电子结构. 物理学报, 2008, 57(6): 3684-3689. doi: 10.7498/aps.57.3684
    [18] 王松有, 段国玉, 邱建红, 贾 瑜, 陈良尧. 闪锌矿结构的PtN:一种不稳定的过渡金属氮化物. 物理学报, 2006, 55(4): 1979-1982. doi: 10.7498/aps.55.1979
    [19] 孟 醒, 徐晓光, 刘 伟, 孙 源, 陈 岗. 钙钛矿型HoNiO3中电荷歧化的第一原理研究. 物理学报, 2004, 53(11): 3873-3876. doi: 10.7498/aps.53.3873
    [20] 刘慧英, 侯柱锋, 朱梓忠, 黄美纯, 杨 勇. InSb的锂嵌入形成能第一原理计算. 物理学报, 2003, 52(7): 1732-1736. doi: 10.7498/aps.52.1732
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-25
  • 修回日期:  2014-10-29
  • 刊出日期:  2015-04-05

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