硅晶体表面石墨烯褶皱形貌的分子动力学模拟研究

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1、学校代码10530学号201110071215分类号0469密级公开硕士学位论文硅晶体表面石墨烯褶皱形貌的分子动力学模拟研究学位申请人覃业宏指导教师唐超副教授学院名称材料与光电物理学院学科专业凝聚态物理研究方向计算物理二○一四年五月万方数据Ripplesofgrapheneonsiliconsurface:MoleculardynamicsstudyCandidateYe-HongQinSupervisorProf.ChaoTangCollegeFacultyofMaterialandPhotoelectronicPhysicsProgramCon

2、densedMatterPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay，2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月

3、日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要自2004年石墨烯被发现后，其以独特、优良的电子性质以及在纳电子器件方面的应用前景，引起了人们的极大关注。而石墨烯基微纳器件的设计、加工和利用都须将石墨烯转置于合适的衬底上。衬底对于石

4、墨烯的形貌结构、电子特性、输运性质将产生一系列的影响。近期的研究表明，在晶体硅（Si）等半导体衬底材料上直接生长石墨烯并制作成量子器件将为石墨烯的应用提供一条很好的途径。因此，从理论上研究各种半导体基底材料，特别是Si、SiO2等基底的晶体结构对石墨烯生长及其形貌的影响，对于理解和掌握衬底上石墨烯形貌调控的方法，进一步促进基于石墨烯的电子器件的设计制造具有重要的理论参考价值。本文利用分子动力学方法和模拟退火技术从原子尺度分析研究了Si理想及重构表面单原子层石墨烯的褶皱形貌及其演化特点，分析温度、应力、衬底原子结构对石墨烯形貌的影响，主要获得了如下结

5、论：1、理想Si（100）、Si（111）和Si（211）晶体的三种不同原子表面的石墨烯都展现出原子尺度的褶皱形貌。石墨烯与Si晶体表面原子的晶格失配是引起石墨烯褶皱的主要原因。研究发现，Si晶体表面石墨烯的褶皱形貌强烈的依赖于退火温度。石墨烯的褶皱形貌还直接影响了其在Si晶体表面的吸附稳定性。2、Si(111)7x7重构表面的单原子层石墨烯展现出规则的周期性褶皱形貌。褶皱周期为衬底单胞的晶格长度,约为26.98Å，这种周期性褶皱行为明显不同于悬浮状态下石墨烯呈现的随机性的波动行为，其形成机制可能来源于石墨烯与硅重构面的晶格匹配。研究发现，随着退火

6、温度的升高，石墨烯的形貌由规则的褶皱形貌转变为随机的褶皱形貌。同时，通过拉伸、弯曲硅衬底，石墨烯呈现出不同的褶皱形貌。3、置于Si(111)√3x√3、2x2、5x5、7x7几种不同重构面上的单层石墨烯均展现出原子尺度的褶皱形貌。通过粗糙度的比较，可以发现在室温条件下，置于Si(111)5x5重构面的石墨烯的褶皱行为最强烈，Si(111)2x2重构表面的石墨烯的褶皱行为最微弱。关键词：石墨烯；硅重构表面；褶皱形貌；分子动力学模拟I万方数据AbstractSincegraphenehasbeenfoundin2004,ithaspaymuchatte

7、ntionduetoitsuniqueandoutstandingelectricalproperties,aswellastheapplicationsonNano-electronicdevicesforfuture.Grapheneshouldbeplacedonthesuitablesubstrateinordertodesignandfabricatenano-electronicdevicesbasedongraphene.So,substrateswillaffectthemorphology,theelectricalpropert

8、iesandthetransportpropertiesofgraphene.Recentresultshaveshowe