題目：B摻雜對(duì)硅烯光電性質(zhì)調(diào)控的計(jì)算模擬目錄中文摘要……………………….1英文摘要……………………….21.緒論 31.1引言 31.2硅烯及其應(yīng)用 31.3本論文工作的主要內(nèi)容和意義 62.計(jì)算理論依據(jù)與方法 72.1密度泛函理論與局域密度近似 72.1.1密度泛函理論density-functionaltheory(DFT) 72.1.2局域密度近似local-densityapproximation(LDA) 82.2薛定諤方程及平面波展開 92.2.1薛定諤方程Schr?dingerequation 92.2.2平面波展開 92.3光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算 112.4vasp計(jì)算過程 123.計(jì)算與結(jié)果分析 133.1計(jì)算方法及模型 133.2純硅烯的電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì) 143.2.1電子性質(zhì) 143.2.2光學(xué)性質(zhì) 153.3B摻雜對(duì)硅烯的電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)的影響 163.3.1電子性質(zhì) 163.3.2介電函數(shù) 173.3.3折射率和反射率 193.3.4吸收系數(shù) 203.3.5電子能量損失譜(EELS) 214.總結(jié)與展望 22參考文獻(xiàn)23致謝24⑵B摻雜濃度不同對(duì)硅烯光學(xué)性質(zhì)的影響；并且我們將重點(diǎn)探討B(tài)摻雜濃度不同對(duì)硅烯光學(xué)性質(zhì)的影響，其中包括介電函數(shù)、折射率、反射率、吸收系數(shù)以及電子能量損失譜。3.3.1電子性質(zhì)為了充分利用硅烯優(yōu)良的電子性能，如何打開其帶隙的問題得到了廣泛的關(guān)注。我們通過摻雜B原子，在不同的摻雜濃度情況下，都觀察到了帶隙開口，其結(jié)果如圖3-5和表3-1所示。系統(tǒng)B摻雜濃度為3.125%B摻雜濃度為6.25%B摻雜濃度為9.375%B摻雜濃度為12.5%帶隙(eV)0.027870.054590.091710.10996表3-1.不同摻雜濃度下，B摻雜硅烯的能帶間隙圖3-5(a)、(b)、(c)、(d)分別是是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的能帶結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以直觀的看出狄拉克錐處被打開了一定的帶隙Eg，且由表一數(shù)據(jù)可知，帶隙Eg對(duì)摻雜濃度非常敏感，隨著摻雜濃度的增大，使得相應(yīng)BS系統(tǒng)下的能帶間隙Eg不斷增大。在圖3-6中，描繪了Eg隨著B摻雜濃度的變化，這種關(guān)系近似可以看作是線性增加。圖3-5.(a)、(b)、(c)、(d)分別是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的能帶結(jié)構(gòu)圖圖3-6.Eg隨著摻雜濃度的變化3.3.2介電函數(shù)從前一小節(jié)可以看出，由于B原子的摻雜，電子性質(zhì)發(fā)生了明顯的變化，對(duì)電子性質(zhì)的影響有望改變硅烯的光學(xué)性質(zhì)。如圖3-7所示，(a)、(b)、(c)、(d)分別是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的介電函數(shù)圖，通過計(jì)算我們發(fā)現(xiàn)，隨著B摻雜濃度的進(jìn)一步增加，無論是介電函數(shù)的實(shí)部還是虛部，垂直極化E⊥的值沒有明顯的變化；然而，對(duì)于平行極化E∥，介電函數(shù)實(shí)部的靜態(tài)值ε1(0)和介電函數(shù)虛部的靜態(tài)值ε2(0)隨著摻雜濃度的增加而顯著變化。圖3-8為E∥極化的靜態(tài)介電函數(shù)實(shí)部的靜態(tài)值ε1(0)隨B摻雜濃度的變化；當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，它有一定程度的下降，當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，它會(huì)顯著增加，當(dāng)摻雜濃度為6.25%時(shí)，ε1(0)圖3-7.(a)、(b)、(c)、(d)分別是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的介電函數(shù)圖，其中ε1(ω)是ε(ω)的實(shí)部，ε2(ω)是ε(ω)的虛部圖3-8.原始硅烯E∥極化的靜態(tài)介電常數(shù)隨B3.3.3折射率和反射率利用公式(2-21)和(2-22)我們可以計(jì)算出復(fù)折射率的實(shí)部n(ω)，隨著摻雜濃度的增加，E⊥極化的n(ω)的值及其峰值并沒有明顯的變化。而對(duì)于E∥極化的n(ω)的峰值移動(dòng)到了頻率極低的區(qū)域(<1.0eV)，并且顯著增加，其峰值變化趨勢(shì)與圖3-8基本一致。這是由于ε1(0)隨著摻雜濃度的變化會(huì)在低濃度時(shí)下降，高濃度時(shí)增加，而n(ω)與介電函數(shù)的實(shí)部有關(guān)，因此n(ω)的峰值也會(huì)劇烈變化。在使用了公式(2-22)和(2-23)獲得了折射率的實(shí)部和虛部之后，將其帶入(2-24)，我們計(jì)算出了E∥和E⊥這兩種極化的BS系統(tǒng)的反射率。圖3-9.(a)、(b)、(c)、(d)分別是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的反射率光譜圖在E∥極化下，Rmax(ω)在B原子摻雜濃度較低時(shí)，Rmax(ω)下降，當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，Rmax(ω)顯著增加，在6.25%時(shí)達(dá)到最大值為67.7%，隨著B濃度在BG體系中進(jìn)一步升高，可以觀察到Rmax(ω)的非單調(diào)變化，并隨B摻雜濃度的增加整體呈下降趨勢(shì)，如圖3-10(a)所示。在E⊥極化下Rmax(ω)隨摻雜濃度的變化如圖3-10(b)所示。對(duì)于E∥極化而言，Rmax(ω)的值位于光譜的可見光到紅外部分(<5eV)，由于B原子的存在，擴(kuò)大了BS系統(tǒng)在電磁輻射可見光部分的可見性。由此我們可以得出，摻雜濃度在E圖3-10.BS系統(tǒng)反射率最大值的各向異性特征，(a)表示E∥極化，(b)表示E3.3.4吸收系數(shù)圖3-11.吸收系數(shù)最大值隨摻雜濃度的變化，(a)表示E∥極化，(b)表示E隨著體系中摻雜濃度的增加，E⊥極化下的情況如圖3-11(b)所示。對(duì)于E∥極化，如圖3-11(a)，隨著B濃度的增加，αmax(ω)開始增加，在6.25%時(shí)達(dá)到最大值為99.258，但當(dāng)摻雜濃度足夠高時(shí)，峰高會(huì)顯著降低，但峰值的位置相對(duì)于原始硅烯始終沒有顯著變化。當(dāng)頻率大于15eV時(shí)，α(ω)的會(huì)不斷趨近于零，這一現(xiàn)象與原始硅烯一致，并且與摻雜濃度無關(guān)。在3.23.3.5電子能量損失譜(EELS)圖3-12.(a)、(b)、(c)、(d)分別是摻雜濃度為3.125%、6.25%、9.375%、12.5%的EELS光譜圖如圖3-12為不同摻雜濃度下EELS的光譜圖，可以看出，隨著摻雜濃度的增加，E∥極化和E⊥極化的原始尖峰變的越來越光滑，并且隨著摻雜濃度的增加，E∥極化下尖峰的峰值也會(huì)單調(diào)減小，如圖3-13所示。圖3-13.E∥極化下EELS4.總結(jié)與展望此文采用基于密度泛函理論的第一性原理方法計(jì)算了B摻雜不同濃度對(duì)硅烯結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)的影響，并與原始硅烯的情況作了比較。研究結(jié)果表明，B的摻雜使得硅烯的電子性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。原始硅烯中B原子的摻雜會(huì)使得狄拉克錐打開一個(gè)帶隙，同時(shí)費(fèi)米能級(jí)向上移動(dòng)，且隨著摻雜濃度的增加，帶隙Eg也會(huì)不斷增大。對(duì)于介電函數(shù)而言，在垂直極化E⊥下沒有明顯的改變，而在平行極化E∥下，B原子的摻雜使得介電函數(shù)實(shí)部的靜態(tài)值ε1(0)隨著摻雜濃度的增加而顯著變化。當(dāng)摻雜濃度較低時(shí)，它有一定程度的下降，當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，它會(huì)有數(shù)量級(jí)的增加。隨著摻雜濃度的增加，折射率n(ω)在E∥極化下的峰值移動(dòng)到了頻率極低的區(qū)域(<1.0eV)，并且顯著增加。反射率的最大值Rmax(ω)在B原子摻雜濃度較低時(shí)，Rmax(ω)下降，當(dāng)摻雜濃度較高時(shí)，Rmax(ω)顯著增加，其變化趨勢(shì)與ε1(0)一致。吸收系數(shù)的最大值αmax(ω)會(huì)在摻雜濃度較低時(shí)開始增加，但當(dāng)摻雜濃度足夠高時(shí)，峰高會(huì)顯著降低，但峰值的位置相對(duì)于原始硅烯始終沒有顯著變化。此外，電子能量損失譜的尖峰會(huì)變得光滑，且峰值會(huì)隨著摻雜濃度的增加而減少。這為實(shí)驗(yàn)調(diào)控對(duì)于未來在硅烯引入雜質(zhì)方面的研究，可能會(huì)是異質(zhì)原子共同摻雜，如N—B原子對(duì)的摻雜，也可能是一些二維材料組成的雙分子層的摻雜，如硅烯/石墨烯雙分子層摻雜的研究；總而言之，本論文的理論工作將有助于讀者了解硅烯在摻雜方面的研究，目前硅烯還有大量需要研究者們深入探索和解決的問題，我們相信未來對(duì)硅烯摻雜的研究會(huì)成為一個(gè)熱門的科學(xué)領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)[1]Yiqun

Xie,

Lei

Zhang,

Yu

Zhu,

Lei

Liu

and

Hong

Guo.

Photogalvanic

effect

in

monolayer

black

phosphorus.

Nanotechnology

2015,26(45):455202.[2]TaoWang,MinyanChen,BowenFan,YanLiu,KuangSheng,YouYin,YiqunXie.First-principlescalculationofphotocurrentinmonolayersilicenesheetundersmallvoltages[J].OpticsCommunications395(2017)289–292.[3]PalashNath,SumanChowdhury,D.Sanyal,DebnarayanJana.Ab-initiocalculationofelectronicandopticalpropertiesofnitrogenandborondopedgraphenenanosheet[J].Carbon(2014)275–282.[4]L.Matthes,O.Pulci,F.Bechstedt,Opticalpropertiesoftwo-dimensionalhoneycombcrystalsgraphene,silicene,germanene,andtinenefromfirstprinciples[J].NewJournalofPhysics,2014,16(10):105007.[5]TabertCJ,NicolEJ.Valley-spinpolarizationinthemagneto-opticalresponseofsiliceneandothersimilar2Dcrystals.[J].Physicalreviewletters,2013,110(19):197402.1-197402.5.[6]GeimAK,NovoselovKS.Theriseofgraphene[J].NatureMaterials,2007,6(3):183-191.[7][8]FinazziM,SavoiniM,KhorsandAR,etal.Laser-inducedmagneticnanostructureswithtunabletopologicalproperties..2013,110(17):177205.[9]李源,鄭文琦,丁冠云,白怡靜.石墨烯、硅烯納米器件量子輸運(yùn)性質(zhì)研究進(jìn)展[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2020,40(01):79-87.[10]劉陽(yáng).低維硅納米材料光電性質(zhì)調(diào)控的第一性原理研究[D].中國(guó)計(jì)量學(xué)院,2014.[11]張春紅,張忠政,覃信茂,周士蕓,閆萬珺.摻雜對(duì)二維SiC材料光電性質(zhì)的影響[J].光電子·激光,2018,29(09):975-981.[12]SpencerMJS,MorishitaT.Silicene:Structure,PropertiesandApplications[J].SpringerSeriesinMaterialsScience,2016,235.[13]JijunZhao,HongshengLiu,ZhimingYu,RugeQuhe,SiZhou,YangyangWang,ChengChengLiu,HongxiaZhong,NannanHan,JingLu,YuguiYao,KehuiWu.Riseofsilicene:Acompetitive2Dmaterial[J].ProgressinMaterialsScience,2016,83(OCT.):24-151..[14]NiZeyuan,LiuQihang,TangKechao,ZhengJiaxin,ZhouJing,QinRui,GaoZhengxiang,YuDapeng,LuJing.Tunablebandgapinsiliceneandgermanene.[J].NanoLetters,2012,12(1):113-118.[15]WangY,ZhengJ,NiZ,FeiR,LiuQ,QuheR,etal.Half-metallicsiliceneandgermanenenanoribbons:towardshigh-performancespintronicsdevice.