缺陷对功能化硅烯材料电子性质影响的第一性原理研究

Silicene is a promising material for nano-electronic applications due to the exotic electronic properties. Pristine silicene is not suitable for electronic devices because of the small band gap (~1.5meV). It’s reported that the chemical functionalization is an effective way to modulate the small band gap of silicone. Recently the experiments found that the defects in silicene affect the atom absorption on silicene greatly. However, the mechanism of defects effect on the silicene functionalization is not clear. Furthermore, defects always exist in the devices and play important roles in the practical device applications. Therefore, it’s of crucial importance to understand the defect effects in functionalized silicene. In this project, we will perform systematical studies of the defects (intrinsic defects, disordered absorption and strain effect on defects, etc) in functionalized silicene by first principles calculations. This work will illustrate the mechanism of defects effect on the electronic properties of functionalized silicene and provide theoretical basis for the silicene devices.

硅烯是一种非常优良的制备微纳电子器件候选材料。但硅烯的带隙太小(~1.5meV)不利于其在电子器件中的应用。研究表明通过吸附使硅烯功能化是调控硅烯电子性质克服其带隙过小的一种有效途径。最近实验发现硅烯中的缺陷对硅烯的功能化有重要的影响，但对其物理机制却缺乏理解。而且缺陷在器件应用中是不可避免的，深刻理解缺陷对硅烯其功能化的影响是关系硅烯应用的一个至关重要的问题。我们将采用第一性原理计算，系统研究硅烯本征缺陷、功能化基团缺陷以及有应变时的缺陷对硅烯功能化的影响，阐明各种缺陷对功能化硅烯材料性质的调控作用及其物理机制，为理解相关实验以及硅烯在微纳电子器件中的实际应用提供理论基础。

硅烯是一种非常优良的制备微纳电子器件候选材料，但硅烯存在稳定性较差和带隙太小(~1.5meV)的问题。针对硅烯存在的问题，本项目主要采用通过第一性原理方法，以缺陷、吸附原子为主的手段来调节硅烯的稳定性和电子性质，并拓展研究了多种二维类硅烯材料的性质，结果如下：（1）提出了两种比硅烯更稳定的、宽带隙二维半导体硅烯结构，这为拓展二维硅烯的理论研究以及指导二维硅烯材料的实验和器件研究提供了有价值的理论指导。（2）提出了具有和硅烯结构类似的结构、稳定的、较宽带隙的单层HgTe和HgSe二维拓扑绝缘体材料，为实现常温下量子自旋霍尔效应提供了理论依据；（3）研究了哑铃状硅烯纳米带、Graphyne纳米管的热电性质；（4）研究硅烯/硅烷超晶格发现通过部分吸氢得到硅烯/硅烷超晶格可以克服硅烯带隙过小的问题，并且发现通过在硅烯/硅烷超晶格上吸附一些原子可以有效其物理性质；（5）通过过渡态搜索的办法，研究了H在石墨烯在SiC表面的脱附过程作用；（6）预测五种稳定的、具有直接和准直接带隙的硅晶体结构的：（7）空位和应变对磷烯磁态的调节效应；（8）在MoS2和其他二维范德瓦尔斯材料的异质结也开展了研究。这些结果为基于硅烯和类硅烯的纳米电子器件设计提供了有益的理论指导，不仅可以提高硅烯的稳定性和调节硅烯的性质，也拓展了二维硅烯材料及类硅烯材料的研究和应用。