离子辐照对黑磷热输运的影响

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近十年来,二维结构的纳米材料备受各类研究人员的关注,特别是在2004年石墨烯被成功制备出来后,其他许多二维结构的材料也相继通过类似的方法被制备出来,比如单层氮化硼、二硫化钼和黑磷。其中黑磷作为近两年来被研发出来的一种新型的二维结构的材料,其在力、热、电、光等方面的性质引起了广泛的研究兴趣。本文中我们通过分子动力学模拟研究离子辐照产生缺陷对黑磷热输运性质的影响。本文主要进行了以下几部分的工作:  (i)模拟单个离子对黑磷进行辐照,通过改变入射离子的能量,我们发现其产生了三个随机事件:反弹、缺陷以及穿透,并且研究了三个随机事件的发生概率与辐照离子能量之间的关系。模拟多种离子对黑磷进行辐照,研究了黑磷的缺陷产生概率与辐照离子质量之间的关系。模拟不同入射角度的离子对黑磷进行辐照,研究了黑磷的缺陷产生概率与辐照离子入射角度之间的关系。  (ii)应用非平衡态分子动力学分别计算了不同能量、质量、入射角度以及不同剂量离子辐照后的黑磷的热导率,发现离子辐照产生的空位缺陷极大地降低了黑磷的热导率,分析了离子能量、质量、入射角度和注入剂量这些因素对黑磷热导率的影响。  (iii)应用晶格动力学方法计算了被离子辐照后黑磷的声子参与率,解释了离子辐照极大降低黑磷热导率的物理机制,即空位缺陷使得声子参与率大大降低,声子模式发生了强烈的局域化。  本文的研究表明离子辐照是调控黑磷热导率一种非常有效的方法。我们的研究不但让人们更好地了解黑磷的热输运性质,而且为通过降低黑磷热导率来提高其在热电方面的应用提供了一定的理论依据。
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