类石墨烯性的硅纳米结构之研究

石墨烯材料由于其低维狄拉克电子性质而成为凝聚态物理研究的热点，而传统的硅纳米结构，如硅纳米管、硅纳米线则缺乏与之媲美的物理特性。本项目以我们前期发现的硅六角晶格平面为出发点，对具有类石墨烯性的零能隙半金属性硅平面及相应的硅纳米带开展研究工作。利用第一性原理和分子模拟相结合的方法，研究起伏因素对硅平面直线形色散关系的影响，揭示不同起伏周期、起伏高度、化学修饰对二维平面、一维纳米带电子结构的调控机制。通过系统性的研究金属表面和硅纳米结构之间的相互作用，本项目将揭示元素种类、体结构类型及表面晶面取向对硅平面、硅纳米带的合成过程与物理性质的影响规律，阐明硅平面、硅纳米带和硅纳米管、硅纳米线之间的转变关系，得到类石墨烯性硅纳米结构的稳定性与化学势相图。本项目的研究工作，通过发现硅纳米材料中的新现象新机制，为实验合成提供有效的理论机制，也为纳米电子学、硅纳米器件的发展提供理论基础和技术思路。

硅纳米材料，因其二维硅烯结构具有和石墨烯相似的狄拉克电子性质，而得到科学界的广泛关注。在本项目中，我们对于硅基纳米材料独特的物理结构和丰富的电子性质开展理论研究工作，获得了以下研究成果：确认了二维硅平面在全氢化、全氟化条件下的稳定结构及其电子性质；展现了锯齿形硅纳米带在不对称边缘条件下的磁学特征；发现了边缘再构对于硅纳米带的结构稳定性和电子性质的调控机制；预测了一类新型硅烯的半导体性基底材料与其对硅烯物性的影响；全面探索了二元硅化物纳米平面的结构和性质；发现了二维硅氧化物、锗氧化物独特的力学特性和输运特征；预测了硅烯、锗烯在二维应力调节下的自掺杂现象；获得了一类具有各向异性狄拉克电子性质的硅碳平面结构；解释了锯齿形硅碳纳米带的自旋半金属性；并开展了其它相关纳米材料的研究工作。截止二〇一四年十二月，已正式发表SCI科研论文16篇，其中包括APL5篇，JPCC4篇，PSS-RRL3篇，并有1篇被选PSS-RRL期刊的封底论文（2013年6月期）。我们的研究工作对于理解硅平面及其纳米条带结构的稳定性和电子性质、其内在的电学、磁学等性质的调控机制、以及新型硅基纳米材料的设计提供了扎实的理论依据和有效的理论预测。