免费论文摘要：低维锗基纳米资料掺杂改性的第一性道理接洽

锗（Ge）是最早赢得运用的一种半半导体资料，具备崇高的物理、化学个性以及与硅基资料杰出的兼容性，从来此后都是创造红外探测器、光导纤维、高速微元器件、集成通路和热电摆设的首要选择资料之一。跟着高科技的飞快兴盛，元器件渐渐转向集成化、多功效化和微型化，具备低维度、小尺寸的纳米器件渐渐变成微电子学和光电子学兴盛的新趋向。Ge的激子玻尔半径宏大于硅，表白其具备更为明显的量子尺寸效力。所以，低维度和小尺寸的Ge基纳米资料将会展示出更多怪僻的个性。一维的Ge基纳米资料具备崇高的光电个性，在制备高本能的场效力晶体管、生物化学传感器、论理门和太阳能干电池等上面有杰出的运用远景。连年来，洪量的表面和试验处事仍旧全力于一维Ge基纳米资料的制备、微构造表征以及去世个性领会，并博得了很多冲破性的发达。纵然如许，对一维Ge基纳米资料的异质改性题目，暂时仍不足体例的接洽和深刻的看法。对准这一题目，正文运用鉴于密度泛函表面框架的第一性道理投影缀加波本领，对完备、缺点、外表吸同意替代掺杂的一维Ge基纳米资料（纳米线和纳米带）的微构造、宁静性、电子个性和磁性举行了体例和深刻接洽，获得了少许要害论断。（1）Al、P吸附Ge纳米线的接洽。沿用第一性道理投影缀加波本领，中心计划了各别吸附构型和浓淡下，Al和P外表吸附对Ge纳米线电子构造的感化，并与Al、P替代掺杂Ge纳米线的关系本质举行比拟。截止表白：Al亚原子优先吸附于纳米线的外表八边形洞位（MO），吸附后并不妨害临近的Ge-Ge键；而P亚原子则优先吸附于纳米线的外表五边形共用桥位（Bb），使其下方Ge-Ge键断裂的同声，产生了新的Ge-P-Ge键。高吸附浓淡下，Al和P吸附都在纳米线能带构造中爆发一条半弥补的杂质开辟电子带，引导Ge纳米线展示“半半导体~非金属”变化；跟着Al（P）吸附浓淡的减小，杂质开辟电子带渐渐变平，并最后坐落费米能级的下方（上方），这引导Ge纳米线又展示“非金属~半半导体”变化。在Al、P吸附的Ge纳米线中，杂质开辟电子带辨别坐落未吞噬电子带底部和吞噬电子带顶部，这与保守p型（Al）和n型（P）半半导体掺杂按照的受主和檀越体制实足各别。此失常的能带调制动作爆发因为大概为：杂质亚原子只大略的吸附于Ge纳米线外表，故重要与外表Ge亚原子未实足弥补的吊挂键电子态相效率。其余，产生的Al-Ge键主 要展现为共价键合特性，而P-Ge键则展现出共价键合和离子键合的双重特性。（2）过度非金属亚原子吸附Ge纳米线的接洽。沿用自旋极化的第一性道理投影缀加波本领，体例接洽了10种各别3d过度非金属亚原子吸附的Ge纳米线的微构造、宁静性、电子个性和磁性。截止表白：Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu和Zn亚原子都最优先吸附于纳米线的外表六边形洞位（HH），而Sc亚原子则优先吸附于纳米线外表五边形与六边形共用Ge亚原子上方（Top）。最宁静构型下，过度非金属吸附亚原子的贯串能随‘d’电子数的变革趋向与3d过度非金属吸附的（8,0）碳纳米管普遍，且与碳纳米管比拟，过度非金属亚原子更简单吸附于Ge纳米线外表。具备较好导热性的非金属，如Cu和Zn，与纳米线贯串较弱，而Ti、V、Fe、Co和Ni则与纳米线爆发较强的键合。各别品种的过度非金属亚原子吸附可使Ge纳米线展示出形形色色的电子个性和磁性，如非磁非金属（Sc或Cu吸附），非磁半半导体（Ni或Zn吸附），弱铁磁非金属（Ti或V吸附），铁磁半半导体（Cr吸附），以及在自旋电子学范围更具备适用价格的半非金属铁磁体（Mn、Fe或Co吸附）。对于过度非金属吸附的磁性Ge纳米线而言，其磁体制重要发源于过度非金属3d轨迹的自旋劈裂，与此同声，过度非金属还开辟临近Ge亚原子爆发小批反平行的磁化密度。对具备半非金属铁磁性的Mn、Fe和Co吸附的Ge纳米线，连接沿用DFT+U本领深刻接洽了其半非金属态的宁静性范畴，在商量亚原子吞噬位库仑摈弃效率的感化后，创造Mn和Co吸附纳米线的半非金属态较Fe吸附纳米线的要更为富裕。（3）二维蜂窝Ge、完备和缺点Ge纳米带的接洽。沿用第一性道理投影缀加波本领，体例接洽了二维蜂窝Ge、完备和缺点的AGeNRs和ZGeNRs的微构造、宁静性、电子个性和磁性。截止表白：宁静的二维蜂窝Ge是具备皱褶的，并展现出一致石墨烯的零带隙半半导体特性，其电子和空穴能带线性地穿插于费米能级，在邻近布里渊区的K点地区，电荷载流子一致“无品质”的狄拉克费米子。完备的AGeNRs利害磁的半半导体，其能隙随带宽的减少展现出一个周期性的振动衰减把戏，这使得AGeNRs按其带宽分为各别二类；完备的ZGeNRs具备宁静的反铁磁半半导体基态，其能隙随带宽的减少缺乏减小，净自旋电荷密度重要由纳米带边际Ge亚原子的p/p*电子态奉献，且对立边际的Ge亚原子具备反平行的磁陈设。亚原子缺点（空隙或空隙对）的引入纵然并不许在AGeNRs中激励磁性，但仍可灵验地安排纳米带的能隙。对ZGeNRs而言，亚原子缺点的引入则可使其由原有的反铁磁半半导体变化为反铁磁非金属或铁磁非金属，进而能更好用来电子传导和自旋保存摆设。（4）过度非金属（Cr、Mn、Fe和Co）吸附的二维蜂窝Ge及其扶手椅型Ge纳米带的接洽。第一性道理计划截止表白：尽管是单边吸附仍旧双边吸附，Cr、Mn、Fe和Co都优先贯串于二维蜂窝Ge的六边形洞位。按照吸附亚原子品种和吸附密度的各别，非磁零带隙的二维蜂窝Ge可变化为铁磁非金属或反铁磁非金属。对AGeNRs的吸附接洽中，Cr、Mn、Fe和Co老是优先吸附于邻近纳米带边际的六边形洞位。除Co吸附的纳米带一直维持非磁基态外，按照带宽、吸附亚原子品种和吸附密度的各别，Cr、Mn和Fe吸附的Ge纳米带则具备宁静的铁磁或反铁磁态。其余，Cr和Mn吸附还使少许纳米带变化为铁磁或亚铁磁的半非金属，在商量亚原子吞噬位库仑摈弃效率感化后，咱们创造Cr吸附的纳米带的半非金属基态与Mn吸附的纳米带比拟要越发富裕，故更符合用来自旋电子学摆设。（5）N、B单掺杂和共掺杂各别形势和宽窄Ge纳米带的宁静性、电子个性和磁性接洽。咱们的第一性道理计划截止表白：不管是AGeNRs仍旧ZGeNRs，边际Ge亚原子老是最简单被杂质亚原子代替。单亚原子N掺杂或单亚原子B掺杂都可在AGeNRs中诱发“半半导体~非金属”过度；但是，N和B共掺杂于AGeNRs边际时，因为灵验的电荷积累，AGeNRs仍可维持原有的半半导体性。单亚原子N掺杂或单亚原子B掺杂常常可使具备反铁磁半半导体本质的ZGeNRs变化为铁磁半半导体，此“反铁磁~铁磁”变化重要由局域于纳米带掺杂边际的p/p*电子态的扰动惹起；少许单亚原子掺杂的ZGeNRs还不妨展现出半非金属铁磁本质。双亚原子掺杂（不管N-N，B-B和N-B构型）于ZGeNRs的两个边际时，ZGeNRs原有的反铁磁简并被妨害，最后变化为非磁半半导体。总体而言，N掺杂、B掺杂以及N-B共掺杂的AGeNRs和ZGeNRs在Ge基的纳米电子学器件上面，如场效力晶体管，负微分电阻和自旋过滤器等，具备潜伏的本质运用。

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