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摘要黑磷是近年来继石墨烯、二硫化钼、751方氮化硼等二文纳米材料之后新出现的二文纳米材料。它一诞生就因其优异的热、力、电性质而引起了人们的极大兴趣，有望在未来的微纳电路中取代现在普遍使用的硅材料。能带结构是决定材料的光电性质的重要因素，如何通过施加应力、调节厚度来控制二文纳米材料的能带结构进而调控其光电性质是非常有意思的课题。本论文利用密度泛函的方法，在超晶格模型上对应力、厚度这两个因素对黑磷纳米薄膜的电子性质调控作用进行了研究。结果显示厚度和应力都能有效的控制黑磷纳米薄膜的能带带隙大小，甚至可以改变带隙的类型。这为调控黑磷纳米薄膜的光电性质提供了有效手段。30439
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关键词： 黑磷 厚度 应力 密度泛函理论（DFT） 能带结构
毕业论文设计说明书外文摘要
Title A study of the effect of strain on the electronic properties of black phosphorus nanofilms
Abstract
Black phosphorus is a newly discovered two-dimensional nanomaterial after the discovery of graphene, MoS2 and h-BN. Once it emerged, it has attracted a lot of attention for its novel thermal, mechanic, and electrical properties. It is very promising to replace the convectional microelectronic basic material, silicon. Band structure is an important factor determining the optoelectronic properties of a material. How to control the optoelectronic properties of a material by changing its thickness or applying strain is an interesting subject. In this thesis, we study the effect of thickness and strain on the properties of the band structure based on supercell models using density functional theory. The results indicate that both thickness and strain can alter the sizes of band gaps, or change the direct band gap to an indirect one. The results offer effective ways to control the optoelectronic properties of black phosphorus nanofilms.
Keywords Black phosphorus Thickness Strain Density functional theory
Band structure
目 次
1 绪论 1
1.1 二文纳米材料研究近况 1
1.2 本文的工作 2
2 磷元素性质介绍 3
2.1 磷同素异形体性质介绍 3
2.2 黑磷的应用前景 5
3 计算方法和模型 8
3.1 第一性原理方法介绍 8
3.2 计算模型和计算参数 11
4 结果与讨论 12
4.1 厚度对黑磷薄膜能带影响的研究 12
4.2 应力对黑磷薄层电子性质的调控作用 16
结 论 21
致 谢 22
参考文献 23
1 绪论
1.1 二文纳米材料研究近况
材料是人类文明的物质基础，也是社会生产力先进水平的一个重要指标。随着科技的进步，越来越多的新型功能材料被研究开发出来。几何尺寸在l nm-l00 nm之间的材料我们把它叫做纳米材料。由于小尺寸效应、量子效应和大的比表面积的存在，使它们较其他材料有着非常独特的特性,而且在物理、化学及材料科学方面的研究取得了很大的突破性进展[1, 2]。在纳米磁性材料、纳米半导体材料、纳米催化材料、医疗上的应用、环境保护和机械工业等的各个领域上，纳米材料的应用是非常广泛的。以纳米材料为核心的纳米科技定将会对当今世界的经济发展和社会进步产生重要的影响。因此,对于我们来说，研究纳米材料是很有必要、意义重大的。