单层硒化硅应变性能的第一性原理研究

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1、学校代码10530学号201510121179分类号O469密级公开硕士学位论文单层硒化硅应变性能的第一性原理研究学位申请人贲娇指导教师毛宇亮(教授)学院名称物理与光电工程学院学科专业物理学研究方向计算物理及其应用二零一八年六月九日First-principlesstudyontheelectronicpropertyofSiSemonolayerbyin-planestrainCandidateJiaoBenSupervisorProfessorYuliangMaoCollegePhysicsandOptoelectronicsProgramComputationalPhysic

2、sSpecializationComputationalPhysicsanditsapplicationDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateJune9th,2018湘潭大学硕士学位论文I湘潭大学硕士学位论文摘要单层硒化硅是一种新型的二维材料，单层硒化硅具有与磷烯类似的褶皱结构。在众多调节二维材料电子性质的方法中，平面应变调节被认为是有效的方法。在本论文中我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，主要研究了应变对单层硒化硅(SiSe)微观结构和电子性质的影响。本论文运用了第一性原理的计算方法，研究了单层硒化硅的

3、结合能、声子谱。我们还通过利用基于密度泛函理论的第一性原理分子动力学的方法，在323K和400K的温度下对单层SiSe结构的热稳定性进行了计算。计算结果说明了单层SiSe结构在室温条件下的稳定性。运用基于密度泛函理论的第一性原理方法，计算了单层SiSe的能带结构。通过广义梯度近似下的PBE泛函计算，发现单层硒化硅是一种具有带隙大小为0.773eV的间接带隙半导体。利用HSE06杂化泛函理论对单层硒化硅的能带进行了对比分析。发现单层硒化硅打开了一个1.09eV的间接带隙。通过对单层SiSe施加平面应变的研究发现：在对单层硒化硅施加扶手型方向拉伸应变时，单层硒化硅的带隙随着拉伸应变的增

4、加呈现出增加的趋势。在对单层硒化硅施加扶手型方向压缩应变时，单层硒化硅的带隙随着压缩应变的增加呈线性减小的趋势，且在应变调节过程中单层SiSe一直保持着间接带隙半导体的特征。当沿着锯齿型方向的拉伸应变增加到6%时，单层SiSe的带隙由间接带隙转变为直接带隙。同时研究结果表明当对单层SiSe施加的双轴压缩应变达到-5%时，单层SiSe的间接带隙半导体性质变为金属性质。此外，当作用在单层SiSe上的双轴拉伸应变达到6%时，单层SiSe的带隙由间接带隙转变为直接带隙。除此之外，我们还计算了对单层SiSe施加双轴应变的其他两种情况，即在扶手型方向上施加拉伸应变，同时在锯齿型方向上施加压缩应

5、变；在扶手型方向上施加压缩应变，同时在锯齿型方向上施加拉伸应变。当对单层SiSe在扶手型方向施加的压缩应变为-7%，同时在锯齿型方向施加的拉伸应变达到7%时，单层SiSe的带隙由间接带隙转变为了直接带隙。关键词：单层SiSe；电子性质；第一性原理；平面应变II湘潭大学硕士学位论文AbstractMonolayerSiSeisanewtype2Dmaterialwhichhassimilarpuckeredstructureasblackphosphorus.Strainisaneffectivemethodfortuningtheelectronicpropertiesof2Dma

6、terial.Usingfirst-principlesmethod,wefoundthatthebandstructureofSiSemonolayercanbetunedbyin-planestrain.Inthispaper,inordertomakesurethestabilityofmonolayerSiSe,wefirstlycalculateditscohesiveenergiesandphononspectrum.WefurtherperformedCar-Parrinellomoleculardynamics(CPMD)simulationsbasedonDFTu

7、nder323Kand400Ktoinvestigateitsstability.OurresultsshowSiSemonolayerisstableundertemperature.Then,wealsousedthefirst-principlesmethodcalculatedtheelectronicpropertiesofmonolayerSiSe.TheresultofbandstructureusingPBEfunctionindicatethatth