Ag原子修饰石墨烯与氮化硼薄膜的第一性原理研究.docVIP

 Ag 原子修饰石墨烯与氮化硼薄膜的第一性 原理研究# 陈晓劼，吴其胜，陈乾，王金兰** 5 10 （东南大学物理系，南京 211189） 摘要：本文主要利用第一性原理对二维纳米材料表面修饰 Ag 原子进行了理论计算研究。通 过计算发现，对单层或双层的石墨烯和氮化硼薄膜表面修饰 Ag 原子后，它们的性质都有显 著的变化。对于单层或双层石墨烯，表面修饰 Ag 原子后它们由原先的半金属性转变为金属 性；而对于单层或双层氮化硼薄膜，在修饰 Ag 原子后它们从宽带隙半导体转变为了窄带隙 半导体。这种通过表面修饰从而调节材料磁性和能隙的方法可能在未来的自旋电子器件和半 导体光学器件方面有潜在的应用价值。 关键词：第一性原理；纳米材料；表面修饰；能隙 中图分类号：0469 15 First Principles Study of Surface Modification of Graphene and Boron Nitride Films by an Ag Atom CHEN Xiaojie, WU Qisheng, CHEN Qian, WANG Jinlan (Department of Physics, Southeast University, Nanjing 211189) 20 25 30 35 40 Abstract: First principle calculation is used to investigate the surface modification of two dimensional nano materials with an Ag atom. According to the results of calculation, we find that the properties of monolayer/bilayer graphene and BN film changes significantly after an Ag atom modification. The properties of graphene changes from half-metallic to metallic, while to the case of BN film, it changes from a wide band gap semiconductor to a narrow band gap semiconductor. This approach of tuning the magnetism and the band gap of materials by surface modification may play an important role in future spintronic devices and semiconductor optical decices. Key words: First principle; Nano materials; Surface modification; Band gap 0 引言 近年来，由于具有各向异性以及维度可调等性质，低维纳米材料（如纳米薄膜、纳米带、 纳米管等）吸引了众多科学研究者的重视[1]。随着微电子器件对集成化程度要求的不断提高， 不少元件的尺寸将向纳米尺度发展，对这些材料的电磁性质的研究有着重要的基础作用。 自从英国曼切斯特大学 K．S．Novoselov 和 A．K．Geim 等人[2]在 2004 年成功地从石 墨中分离出石墨烯之后，这种奇特的单原子层二维结构就开始受到人们的广泛关注。研究表 明，石墨烯具有高载流子迁移率，高机械强度，量子霍尔效应等奇特性质，使其在分子电子 学，微纳米器件等领域有着重要的应用前景[3]。由于具有与石墨类似的层状平面六角结构， 且晶胞参数和石墨近乎相同，因此，对六方氮化硼（h-BN）薄膜的制备与性质研究也引起 了人们极大的兴趣。实验上，Han 等人通过化学溶液衍生法（chemical-solution-derived method） 成功制备出了单层 BN 薄膜[4]。而最近，利用声波降解-离心分离技术[5]可以获得毫克量级的 BN 薄膜。与此同时，理论研究表明：虽然 BN 薄膜在几何结构上与石墨烯类似，但其性质 基金项目：教育部博士点基金（20090092110025） 作者简介：陈晓劼（1987-），男，硕士研究生，主要研究方向：二维纳米材料性质的研究 通信联系人：王金兰（1973-），女，教授，主要研究方向：低维纳米结构及其物理化学性质的理论研究. E-mail: jlwang@seu.edu.cn -1-  与石墨烯有较大不同。Zhou 等人[6]对单层 BN 薄