飞秒激光加载下二维氮化硼损伤机理研究

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1、飞秒激光加载下二维氮化硼损伤机理研究任达华向宝燕谭兴毅胡诚湖北民族学院信息工程学院湖北民族学院教育学院摘要：二维氮化硼用在纳米电子及光电子领域时，常用飞秒脉冲激光进行加工，因此研究飞秒激光与二维六角氮化硼（hnN）相互作用具有很好的应用价值。本文基于含时密度泛函理论研究了飞秒激光脉冲与二维haN纳米片相互作用，研究结果表明：激光脉冲作用在二维hBN纳米片时，N-H键、B-H键键长被拉长，B-N键逐渐被破坏，最终导致二维KN整个结构坍塌而解体。此外，还发现激光强度影响N-II、EHI、B-N键最先断裂时间；同时飞秒激光的极

2、化方向影响电荷密度分布。关键词：飞秒激光;二维hBN;含时密度泛函理论;作者简介：任达华（1985-）,男，湖北省人，博士，讲师。基金：湖北省教育厅科学技术项目（B2017098）StudyontheMechanismofFemtosecondLaserInducedDamagetoTwoDimensionalHexagonalBoronNitrideRENDa-huaXIANGBao-yanTANXing-yiHUChengCollegeofInformstionEngineering,HubeiUniversityf

3、orNationalities;SchoolofEducation,HubeiUniversityforNationalities;Abstract：Astwodimensionalhexagonalboronnitrides(hN)areappliedinthefieldsofnano-electricandnano-optielectrie,theyaremicroprocessedbyfemtosecond(fs)pulsedlaseranditisvaluabletoinvestigatetheinterplay

4、soffslaserwithhuN.Mechanismofinteractionsbetweenfs1riserandhBNnanoshcctbasedontimedependentdensityfunctionaltheorywasstudied.ItisfoundthatB~H,N-H,BNbondlengthsareelongatedaslaserinteractshi^NandB~Nbondsaregraduallybroken.Subsequently,structuresofhBNaredamaged.Fur

5、thermore,itisalsoshownthatthelaserstrengthinfluencesdeimcigetimewhenthebondsarefirstlybroken.Meanwhile,thedistributionofchargedensitieswhichdependsonlaserpolarizationalsocatchesvariation.Keyword：Femtosecondlaser;twodimensionalhBN;timedependentdensityfunctionalthe

6、ory;1引言B"是典型的III-V族宽带隙半导体，具有优异的物理、化学稳定性。六角形氮化硼（h_BN）结构类似于石墨烯，是由硼、氮原子交错呈蜂窝状排列的二维材料,它是由sp杂化形成共价键。单层或多层六角形氮化硼可从氮化硼晶体上通过微力剥离法而获得;除此之外，述可通过超声分离、高能电子束辐射、化学气相沉积等手段获得UL二维六角氮化硼（h_BN）表现岀半导体特性，可用于纳米电子、光电子等领域⑵。单层二维h_BN纳米片是带隙为5.97eV的直接宽带隙半导体，具有介电常数高、绝缘性好、导热率好、机械强度人等优点，可作为场效应管

7、屮的介电层和深紫外发光电极團。实验上，飞秒激光与物质相互作用伴随很多新奇的物理现象，如库仑爆炸、阈上电离、多光子电离、隧穿电离、等离子体膨胀等。当激光强度IP>10W/cm时，分子的儿何构型将会变改变，如线性分子CO?会弯曲、非线性分子出0及20会被拉盲如。此外，激光波长和脉宽影响分子碎片程度，如波长为1400nm的激光对苯及的破坏［5-6］;波长为800nm的激光对酒精及水损伤的影响［7-8］。此外Campbell等用5、9fs的激光辐照C60发现:脉宽越小，母体解离程度越弱昼1。在理论方面，Miyamoto等基于含时

8、密度泛函理论方法模拟了超快激光诱导纳米管（如碳纳米管和氮化硼纳米管）内受限HC1分子的化学反应，模拟时激光波长为800nm,脉冲半高宽为2fs,研究发现强激光极化方向垂直于纳米管吋HC1分子键长增加，同吋纳米管会膨胀［10］o其次Miyamoto等利用含时密度泛函理论方法研究光诱导惰性二聚体弱键的键增强效应［11］。