锑烯/石墨炔范德华异质结界面作用及力电特性研究

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二维材料具有与其对应的三维结构截然不同的光、电、磁、力和热学等特性,受到了科学界和工业界的广泛关注。随着材料制备和表征技术的发展,人们对二维材料的认识越来越深入,这使其在未来的应用备受瞩目。然而,单一二维材料的性质总是存在不足或缺陷,所以科研人员将目光投向了二维范德华异质结,利用二维材料层间范德华作用力将两种或多种二维材料组装垂直堆垛在一起形成功能性更强的材料体系。其最主要的优点就是它的界面形态和电子结构具有可调控性,因而有望在高性能电子器件、光电子器件、自旋电子器件以及能源转换和存储等领域得到应用。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法设计构建了一种新型锑烯/石墨炔范德华异质结并对其晶体结构、电子性质、界面作用和力学等相关性质进行了系统地研究,在此基础上,通过外加电场和施加应力两种手段对锑烯/石墨炔异质结界面及电子结构进行调控。本文主要工作和内容如下:(1)理论设计并构建了二维锑烯/石墨炔范德华异质结,通过基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了该异质结的几何结构、晶格匹配度、常温及高温下的热力学稳定性,计算结果表明,锑烯/石墨炔范德华异质结是一种结构稳定,热稳定性良好的二维范德华异质结构复合材料。(2)理论计算并对比分析了单层锑烯、单层石墨炔以及锑烯/石墨炔异质结的杨氏模量和泊松比,理想强度等力学性质,结果表明三种二维材料均为各向同性材料,其中锑烯/石墨炔异质结复合材料的理想强度相比于单层锑烯与单层石墨炔得到了提升。(3)采用外加电场和施加应力两种手段对锑烯/石墨炔异质结界面及电子结构进行调控,结果表明,锑烯/石墨炔异质结的带隙可通过施加不同强度和方向的外加电场得到有效调控,但是施加应力对其电子性质改变作用有限,该特殊的界面形态和调控性能为设计新型电子和光电器件提供理论指导。
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