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非扭转双层石墨烯中异质应变诱导的平带

Acta Mechanica Sinica 2024年第1期40卷 296-304页

作者：杭阳张助华 State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures Key Laboratory for Intelligent Nano Materials and Devices of Ministry of Educationand Institute for Frontier ScienceNanjing University of Aeronautics and AstronauticsNanjing 210016China

双层石墨烯中扭转诱导的晶格失配会导致摩尔纹图案并产生具有强关联效应的平带,但这需要复杂的过程来精确控制扭转角度,这里,通过分别沿两个不同的扶手椅方向单轴拉伸上下层石墨烯,我们提出了一种不同的方法来生成双层石墨烯中的六边形... 详细信息

双层石墨烯中扭转诱导的晶格失配会导致摩尔纹图案并产生具有强关联效应的平带,但这需要复杂的过程来精确控制扭转角度,这里,通过分别沿两个不同的扶手椅方向单轴拉伸上下层石墨烯,我们提出了一种不同的方法来生成双层石墨烯中的六边形摩尔纹.两个石墨烯层之间的变形导致了等效于扭角石墨烯中的错位角,异质应变诱导的摩尔纹在费米能级附近产生平带,表现出和扭角双层石墨烯等效的电子性质.我们证明2.1%异质应变下的电子平带等价于1.05°第一魔角下的能带.然而,由于单轴应变,狄拉克点相对于K点轻微偏移,将平带分成两个相隔18meV的分别位于费米能级上方和下方的范霍夫奇点峰.我们的研究结果提出了一种控制自然双层石墨烯电子强关联性的可能方法.

关键词：电子强关联双层石墨烯费米能级摩尔纹扭转角度狄拉克点单轴拉伸单轴应变

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单轴应变影响二硫化钼能谷电子学性质的研究

单轴应变影响二硫化钼能谷电子学性质的研究

作者：蒋存源郑州大学

学位级别：硕士

石墨烯于2004年被实验证实可以稳定存在,由此打开了一扇揭示自然界神奇一面的大门,研究者们自此可以在二维的系统中直接研究电子与赝粒子们的运动及其相互作用。维度对材料的影响会在力学,电学,热学和磁学等性质上有深刻体现。本文所要... 详细信息

石墨烯于2004年被实验证实可以稳定存在,由此打开了一扇揭示自然界神奇一面的大门,研究者们自此可以在二维的系统中直接研究电子与赝粒子们的运动及其相互作用。维度对材料的影响会在力学,电学,热学和磁学等性质上有深刻体现。本文所要讨论的能谷电子学性质也与二维材料的维度本身有着深刻的联系。所谓能谷是指最高价带或者最低导带的某些区域,在这些区域里载流子的能量会低于其它区域,形成一个能量山谷。能谷电子学就是研究能谷本身以及能谷中电子的性质的一个领域。能谷的概念并不仅仅局限于二维材料,但是我们将会看到,正是因为维度的原因,二维材料的对称操作元素既不会太多也不至于被限制的太少,所以二维材料中独立的能谷数目刚刚好够用来实现载流子聚集在不同能谷中的能谷自由度。同时每一个独立能谷也被允许拥有一定的对称性,这对用一定手段打破时间反演对称性以实现载流子的能谷自由度至关重要。本文着重于讨论以二维二硫化钼为代表的二维过渡金属硫族化物的能谷电子学性质受单轴应力的影响。单轴应变带来的最显著的影响便是对称性的改变。在单轴应力作用下二硫化钼本身的对称性会被降低,因此与正空间对应的倒易空间中的对称性也会相应的被降低,而能谷作为倒易空间中的标志性区域,也会随着对称性的降低而漂移偏离第一布里渊区的顶点。本文研究了单轴应变下二硫化钼中的能谷漂移,并基于二硒化钨二硒化铬异质结研究了这种能谷漂移对磁性诱导的能谷分裂产生的影响。结果表明二硫化钼中能谷漂移的模式非常独特,并会导致磁性诱导的能谷分裂消失。本文的工作加深了对过渡金属硫族化物能谷电子学性质的理解与认识,为其能谷电子学应用提供了理论上的建议。本文主要有如下五章组成:在第一章中,首先将简单介绍一下多姿多彩的二维材料世界,介绍一下它们的种类,性质与应用。尤其是与过渡金属硫族化物相关的一些背景知识,因为过渡金属硫族化物将是这篇论文的主角。然后再对能谷电子学的基本概念,研究目的以及研究进展等做一个简单的梳理与介绍。本章的最后,将阐述本论文的选题依据与结构安排。在第二章中,将对能带理论,能带的对称性以及自旋轨道耦合效应对能带的影响进行简单的回顾。这些回顾将重点关注二硫化钼的最低导带,因为这条能带以其独特的形状为其能谷电子学探索提供了理想的平台。建议对基本概念存在疑惑的读者先阅读此章。在第三章中,将详细介绍二硫化钼在单轴应变下第一布里渊区的畸变,畸变了的第一布里渊区边界上点的坐标的计算方法,以及能谷的漂移。这些内容对于准确模拟单轴应变下二硫化钼的电子性质是至关重要的。本章中读者将看到二硫化钼独特的能谷漂移方式。由于目前没有对能谷漂移方式的统一解释,作者将基于模拟的结果,尝试解释这种能谷漂移的独特方式。在第四章中,将详细介绍单轴应变对二硒化钨二硒化铬异质结中能谷分裂的影响。由于单层二硒化铬的铁磁性对拉伸应力不敏感,因此单层二硒化钨与单层二硒化铬组成的异质结将成为研究,二硫化钨中磁性诱导的能谷分裂受单轴应变的影响,这个问题的理想选择。研究结果表明,单轴应变将导致磁性诱导的能谷分裂完全消失。本章的最后,将从对称性与轨道自旋耦合效应的关系出发,给出单轴应变导致磁性诱导的能谷分裂消失这种现象的尝试解释。最后,第五章是全文的总结与展望。

关键词：过渡金属硫族化物能谷电子学能谷漂移单轴应变对称性能谷分裂

单轴应变Si(001)任意晶向电子电导有效质量模型

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物理学报 2013年第5期62卷 515-521页

作者：靳钊乔丽萍郭晨王江安刘策长安大学信息工程学院西安710064 西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件重点实验室西安710071 University of Houston HoustonTexasUSA

单轴应变Si材料电子电导有效质量是理解其电子迁移率增强的关键因素之一,对其深入研究具有重要的理论意义和实用价值.本文从Schrdinger方程出发,将应力场考虑进来,建立了单轴应变Si材料导带E-k解析模型.并在此基础上,最终建立了单轴应... 详细信息

单轴应变Si材料电子电导有效质量是理解其电子迁移率增强的关键因素之一,对其深入研究具有重要的理论意义和实用价值.本文从Schrdinger方程出发,将应力场考虑进来,建立了单轴应变Si材料导带E-k解析模型.并在此基础上,最终建立了单轴应变Si(001)任意晶向电子电导率有效质量与应力强度和应力类型的关系模型.本文的研究结果表明:1)单轴应力致电子迁移率增强的应力类型应选择张应力.2)单轴张应力情况下,仅从电子电导有效质量角度考虑,[110]/(001)晶向与[100]/(001)晶向均可.但考虑到态密度有效质量的因素,应选择[110]/(001)晶向.3)沿(001)晶面上[110]晶向施加单轴张应力时,若想进一步提高电子迁移率,应选取[100]晶向为器件沟道方向.以上结论可为应变SinMOS器件性能增强的研究及导电沟道的应力与晶向设计提供重要理论依据.

关键词：单轴应变 E-k关系电导有效质量

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转角双层石墨烯在应变下的光电导率

物理学报 2021年第18期70卷 270-276页

作者：蔡潇潇罗国语李志强贺言四川大学物理学院成都610065

理论研究了转角双层石墨烯在施加不同单轴应变下的能带结构和光电导率,用连续模型分别计算了转角为1.05°和1.47°的转角双层石墨烯在应变下的能带、态密度以及光电导率,发现这些量随应变的变化是连续且显著的.通过对能带的分析以及光... 详细信息

理论研究了转角双层石墨烯在施加不同单轴应变下的能带结构和光电导率,用连续模型分别计算了转角为1.05°和1.47°的转角双层石墨烯在应变下的能带、态密度以及光电导率,发现这些量随应变的变化是连续且显著的.通过对能带的分析以及光电导率的测量能够获得应变对平带产生的实际影响,这为今后实验对应变与平带的研究打下基础;此外样品往往受到具有空间不均匀性的应变作用,测量其局域的光电导率便能够估计应变的空间分布大小;同时应变对能带的调制为原位调控转角双层石墨烯的强关联、拓扑以及量子效应提供了思路.

关键词：转角双层石墨烯单轴应变光电导率

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压电材料中表面声波的波速测量与调制

物理学进展 2024年第3期44卷 103-111页

作者：王任飞刘萧吴蒙蒙林熙刘阳北京大学物理学院量子材料科学中心北京100871

三维固体中除了存在人们熟知的体声波传播模式,还存在能量集中在二维界面的表面声波传播模式。我们利用砷化镓衬底的压电和逆压电效应,通过平面叉指实现了射频电磁波和表面声波之间的相互转化,并搭建超外差电路完成了在边长仅4 mm的样... 详细信息

三维固体中除了存在人们熟知的体声波传播模式,还存在能量集中在二维界面的表面声波传播模式。我们利用砷化镓衬底的压电和逆压电效应,通过平面叉指实现了射频电磁波和表面声波之间的相互转化,并搭建超外差电路完成了在边长仅4 mm的样品上表面声波波速的测量,结果为(2.9±0.1)km/s。我们还制作了基于压电陶瓷的单轴应力腔,可以对样品施加最大约为10^(-4)的单轴应变,并观测到了应变对表面声波波速的影响。我们还测量了重要半导体砷化镓在应力下的表面声波波速,演示了该波速测量技术原位探测固体内部力学性质的能力。基于平面叉指换能器的波速测量克服了传统的时差法和驻波法对样品宏观尺寸的要求。本文建立的超外差的测量方法代替了使用商用矢量网络分析仪测量表面声波波速,为以后推广到低功率输入、高相位稳定度的应用场景提供了可能。由于测量装置也可以被用于固体物理相关的前沿实验教学,工作提供了表面声波器件和自制应力腔的细节参数和制作过程。

关键词：表面声波单轴应变单轴应力

单轴应变对石墨烯掺杂硼、氮、铝、硅、磷的影响与调控

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化学学报 2014年第12期72卷 1233-1237页

作者：吴其胜王子路王金兰东南大学物理系南京211189

掺杂石墨烯因对石墨烯的性质有良好的修饰作用而备受关注.掺杂石墨烯的实验合成一直都是研究热点,但有一个普遍的难题,就是掺杂困难,掺杂浓度不高.针对这一难题,我们提出了通过对石墨烯施加单轴应变来降低掺杂过程反应形成能,从而实现... 详细信息

掺杂石墨烯因对石墨烯的性质有良好的修饰作用而备受关注.掺杂石墨烯的实验合成一直都是研究热点,但有一个普遍的难题,就是掺杂困难,掺杂浓度不高.针对这一难题,我们提出了通过对石墨烯施加单轴应变来降低掺杂过程反应形成能,从而实现石墨烯的有效可控掺杂的可能性.我们的第一性原理计算结果表明,在施加应变时,拉伸应变有利于硼掺杂,而压缩应变使氮掺杂更容易,对于铝、硅、磷,不管是拉伸还是压缩均可以使掺杂更容易.此外,我们还进一步揭示了单轴应变对掺杂石墨烯的电子结构及磁性质的影响规律.

关键词：石墨烯掺杂单轴应变第一性原理计算电子结构磁性

单轴应变条件下Fe从α到ε结构相变机制的第一性原理计算

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物理学报 2010年第6期59卷 4303-4312页

作者：卢志鹏祝文军卢铁城刘绍军崔新林陈向荣中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室绵阳621900 四川大学物理科学与技术学院成都610064 中国人民武装警察部队成都指挥学院成都610213 北京师范大学物理系北京100875

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿[001]方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结... 详细信息

采用基于密度泛函理论的平面波赝势方法,研究了沿[001]方向单轴应变条件下Fe从体心立方结构(bcc,α相)到六角密排结构(hcp,ε相)相变的临界压力、相变路径、相变势垒以及相变过程中原子磁性的变化.结果发现:单轴应变条件下Fe从α到ε结构的相变路径与以前理论计算模拟给出的静水压力条件下的相变路径明显不同;原子磁矩沿着相变路径突然降低,同时伴随着能量和体积的突然变化,是典型的一阶磁性相转变,表明原子磁性的丧失导致了bcc结构不稳定而向hcp结构转变.对单轴应变下吉布斯自由能的计算表明,相变势垒随着单轴应变的增加(压力的增加)而降低.同时还就单轴应变条件对相变影响的物理机制进行了讨论.

关键词：相变单轴应变第一性原理铁

单轴应变驱动铁bcc—hcp相转变的微观模拟

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物理学报 2010年第7期59卷 4888-4894页

作者：邵建立何安民段素青王裴秦承森北京应用物理与计算数学研究所北京100094

用分子动力学方法模拟了沿〈001〉晶向应变加载和卸载情况下单晶铁中体心立方(bcc)与六方密排(hcp)结构的相互转变,分析了相变的可逆性和微结构演化特征.微观应力的变化显示样品具有超弹性性质,而温度变化表明在相变和逆相变过程中均出... 详细信息

用分子动力学方法模拟了沿〈001〉晶向应变加载和卸载情况下单晶铁中体心立方(bcc)与六方密排(hcp)结构的相互转变,分析了相变的可逆性和微结构演化特征.微观应力的变化显示样品具有超弹性性质,而温度变化表明在相变和逆相变过程中均出现放热现象.相变起始于爆发式均匀形核,晶核由块状颗粒迅速生长为沿{011}晶面的片状分层结构;而卸载逆相变则从形核开始就呈现片状形态,且相界面晶面指数与加载相变完全一致,表现出形态记忆效应.在两hcp晶核生长的交界面易形成面心立方(fcc)堆垛层错.fcc通过在hcp晶粒内合并和晶粒间位置调整,最终形成贯穿hcp单晶的fcc结构.卸载过程由hcp至bcc转变相对缓慢,且fcc位置不再改变.最后,给出了上述相变可逆性的径向分布函数分析.

关键词：结构转变铁分子动力学单轴应变

小尺寸单轴应变Si PMOS沟道晶面/晶向选择实验新发现

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物理学报 2018年第6期67卷 258-267页

作者：陈航宇宋建军张洁胡辉勇张鹤鸣西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件重点实验室西安710071

小尺寸单轴应变Si p型金属氧化物半导体(PMOS)沟道反型层迁移率与晶面/晶向密切相关,应变PMOS优化设计时应合理选择沟道的晶面/晶向.目前,文献已有1.5 GPa应力强度下单轴应变Si PMOS沟道反型层迁移率按晶面/晶向排序的理论模型.然而,在... 详细信息

小尺寸单轴应变Si p型金属氧化物半导体(PMOS)沟道反型层迁移率与晶面/晶向密切相关,应变PMOS优化设计时应合理选择沟道的晶面/晶向.目前,文献已有1.5 GPa应力强度下单轴应变Si PMOS沟道反型层迁移率按晶面/晶向排序的理论模型.然而,在器件实际制造过程中,覆盖SiN应力膜工艺是固定的,由于沟道弹性劲度系数具有各向异性,这样,不同晶面/晶向应变PMOS沟道所受应力强度不同,进而导致在实际工艺下沟道反型层迁移率晶面/晶向排序理论模型"失效".针对该问题,本文采用中国科学院微电子研究所40 nm工艺流程制备了不同晶面/晶向40 nm沟道小尺寸单轴应变Si PMOS与未应变Si PMOS,并通过器件转移特性测试,获得了小尺寸单轴应变Si PMOS反型层迁移率晶面/晶向排序结论.此有关小尺寸单轴应变Si PMOS沟道反型层迁移率晶面/晶向排序的相关结论,由于考虑了工艺实现因素,与文献理论预测排序结果相比,更适于指导实际器件制造;相关分析方法也可为其他应变材料沟道MOS相关问题的解决提供重要技术参考.

关键词：单轴应变载流子迁移率晶面/晶向