局部應變對低維半導體材料的性質調(diào)制.pdf

1、近年來，低維材料因其獨特的物理化學性質而得到了普遍的關注和深入的研究，在實驗中已被廣泛地用于制作接近原子尺寸的器件。理論指導使得傳統(tǒng)的量子器件持續(xù)小型化。加上異質界面或局域形變無處不在緣故，低維材料的局部應變（如表面應變）具有普遍性。到目前為止，關于低維材料的局部應變的細節(jié)尚有許多不清楚之處，在本工作中，我們用第一性原理的計算方法，研究包含應變的一維Si/Ge納米線和二維層狀（單層和雙層）T態(tài)TaS2的結構及相關電學性質。我們分別用“循

2、環(huán)替代”引起表面局域形變的方法和改變晶格常數(shù)的方法向兩體系模擬施加應變。當在<112>方向Si納米線(111)表面施加應變時，發(fā)現(xiàn)只有在很大的壓縮形變之下才會出現(xiàn)帶隙減小的結果，而拉伸應變則一直會使帶隙減小，并且出現(xiàn)明顯的間接向直接帶隙的轉換。并且在應力之下出現(xiàn)了價帶和導帶的空間分離，壓力使得價帶頂局域在壓縮表面上;而拉伸力則引起導帶底局域在拉伸形變表面上。對于Ge納米線來說，發(fā)現(xiàn)當施加壓縮應變時，帶隙幾乎沒有發(fā)生改變，這意味著在Ge/

3、Si核殼結構的材料中，Ge的電學性質幾乎保持不變，為了驗證該結論，我們做了Ge納米線在應力應變下結構測試，發(fā)現(xiàn)鍵長和鍵角隨應力是均勻變化的，即處于彈性形變中，保證了結果的合理性;應變與應變能呈二次函數(shù)關系，說明體系能量不受尺寸大小影響。另一方面拉伸應變則能夠有效的使帶隙減小，并致使價帶頂和導帶底在空間發(fā)生了分離。接著我們研究了二維的T態(tài)TaS2在應變下的性質變化，發(fā)現(xiàn)T態(tài)TaS2的電荷密度波被改變:它的單雙層體系的電荷密度波在壓縮應變之

4、下減弱而在拉伸應變下增強。單層的TaS2是自旋軌道分裂的。但在大約3％的應變之下，其中一個自旋態(tài)能帶的帶隙減小到0eV，而另一個自旋態(tài)能帶則保持有限的帶隙，整體表現(xiàn)出了半金屬的性質。我們進一步研究兩個單層TaS2形成雙層結構時的情況，得出了在費米面之上和之下均出現(xiàn)局域電子態(tài)，為無磁性的半導體的結果。同時其帶隙在拉伸應變比在壓縮應變下減小的更快，在拉伸應變下出現(xiàn)半導體向金屬的轉換。本研究為穩(wěn)固或調(diào)整Si/Ge納米線和片層TaS2的相關性質