【摘 要】
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石墨烯(Graphene)和六方氮化硼(h-BN)单层结构上相似,电子特性却有很大的不同,但二者性质可以互补。由石墨烯和h-BN单层结构形成的异质结可调控石墨烯的能带结构,这对于实现石墨烯的电子学应用具有重要意义。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了石墨烯/氮化硼异质结(Gra/BN)双层表面氢吸附及原子掺杂与氢吸附共存对Gra/BN异质结电子性质的调控行为,分析了氢吸附及原子掺杂对Gr
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石墨烯（Graphene）和六方氮化硼（h-BN）单层结构上相似,电子特性却有很大的不同,但二者性质可以互补。由石墨烯和h-BN单层结构形成的异质结可调控石墨烯的能带结构,这对于实现石墨烯的电子学应用具有重要意义。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了石墨烯/氮化硼异质结（Gra/BN）双层表面氢吸附及原子掺杂与氢吸附共存对Gra/BN异质结电子性质的调控行为,分析了氢吸附及原子掺杂对Gra/BN异质结特性的调控机理。研究表明,纯净的Gra/BN异质结具有与石墨烯类似的性质,无法应用于电子器件。上下表面等量吸附氢（H）后,吸附量小时带隙无法得到调控;当H吸附量增大,带隙明显增大,可见氢吸附对Gra/BN异质结电子性质具有较好的调控作用。在吸附氢的基础上,当掺杂Na原子时,从能带和态密度图中清晰发现其能隙又变为0,可见Na原子掺杂导致Gra/BN双层由半导体转变为金属。当掺杂Si和O时,带隙会增大,尤其是O原子,带隙增大到1.744e V。可见,将氢吸附与原子掺杂相结合,可大范围调控Gra/BN双层的带隙。除此之外,我们还研究了硼（B）缺陷与氢化同时存在对石墨烯/氮化硼双层异质结电子性质的调控行为。研究发现,B缺陷与氢化同时存在时的带隙减小到0.141e V,因此当存在B空位时,导致石墨烯/氮化硼双层异质结由宽带隙半导体转变成窄带隙半导体。由此得出,氢吸附和原子掺杂以及缺陷与氢化共存都导致Gra/BN的带隙变化,这为石墨烯及二维材料的应用提供了一种新的途径。
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