【摘 要】
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随着2004年石墨烯的问世,人们不断地设计和制备出新型的二维材料,但只有极少数是单质二维材料,而且大多数结构都存在离面屈曲,目前只有硼烯存在与石墨烯一样的纯平面结构。随着硼烯的成功制备,人们通过研究发现该材料在力学、电学、光学、和热输运等方面具有优异的性能。硼烯在力学性能方面是集坚、柔、韧于一体的二维材料;硼烯目前是质量最轻、厚度最薄的金属;在硼烯的β12结构和χ3结构中费米能级附近发现狄拉克锥。
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随着2004年石墨烯的问世,人们不断地设计和制备出新型的二维材料,但只有极少数是单质二维材料,而且大多数结构都存在离面屈曲,目前只有硼烯存在与石墨烯一样的纯平面结构。随着硼烯的成功制备,人们通过研究发现该材料在力学、电学、光学、和热输运等方面具有优异的性能。硼烯在力学性能方面是集坚、柔、韧于一体的二维材料;硼烯目前是质量最轻、厚度最薄的金属;在硼烯的β12结构和χ3结构中费米能级附近发现狄拉克锥。由于其强的电声耦合,让其具有声子调节的高温超导性,高的能量存储容量以及近可见光波段的等离子激发,硼烯可广泛应用于柔性电子器件、光控器件、锂离子和钠离子电池、储氢以及复合材料设计等方面。本文基于第一性原理和非平衡格林函数方法,首先得到了双层硼烯的新结构,分析了该结构的热输运和电输运,并基于半导体性的硼烯的无结晶体管,分析电输运性质。主要内容具体如下:(1)得到了双层硼烯的新结构。我们以实验制备出的硼烯β12单层结构为基础,进行双层结构研究,发现靠范德瓦尔斯力结合的双层硼烯不稳定,色散谱中有虚频;从而缩小双层距离发现了靠B-B共价键结合的稳定的双层硼烯,具有AA/AB两种堆垛方式,从能量角度分析AB结构比AA结构更稳定。另外,我们构建了双层AA和AB结构靠范德瓦尔斯力结合的体结构,计算后发现它们也是稳定的。(2)研究了双层硼烯的电输运和热输运性质。电输运性质研究发现β12构成的AB和AA结构的I-V曲线具有欧姆特性,表现出很好的金属性,而且具有很强的各向异性,另外由于AB结构的电子分布更局域,从而当偏压相同时电流相对要小一些。热输运性质研究发现AB结构和AA结构的热导值相当,虽然AB和AA结构具有很好的导热性,但比单层β12的热导要小很多,主要是由于低频段的声子谱降低很多。(3)基于半导体硼烯的无结晶体管的电输运性质。我们以半导体硼烯为研究对象,通过掺杂形成N型和P型无结晶体管,通过计算不同方向的I-V曲线,结果表明P型无结晶体管沿着α方向传输时性能最好,开关比达到1.2*104,而且可通过加大栅极电压的长度来改善其性能。我们主要基于电子局域态密度分布和电子透射率分析其电输运性质。
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