摘要：二维材料硅烯被认为是一种极具潜力的锂电负极材料,然而其难以单独稳定存在,通过元素掺杂可有效提高其结构稳定性。锗(Ge)不仅具有与硅(Si)相同的价电子结构,同时锗烯具有更高的电子电导率,并表现出更好的电化学性能。本工作通过基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了Ge掺杂对硅烯储锂行为的影响。分别对Si17Ge的结构稳定性、吸附能力、扩散行为、理论比容量、开路电压和电子电导率等进行了计算和分析,结果表明掺杂Ge后,Si17Ge仍保持着硅烯原有的六角晶格结构,表现出良好的结构稳定性。吸附能和扩散能垒表明Ge的掺杂可提高硅烯对锂的吸附能力以及锂在水平和垂直方向的扩散能力。通过开路电压以及吸附能计算推测Si17Ge最大可吸附18个Li,同时具有高达876.85 mAh/g的理论比容量,与已有的二维材料相比,显示出较高的理论比容量和较低的扩散能垒。态密度分析显示Si17Ge吸附少量锂后,费米能级处的DOS因Li的吸附得到了增强,体系表现出金属性。当Si17Ge吸附较高浓度锂时,Li18Si17Ge的费米能级处出现明显带隙,整个体系从导体变为半导体。本研究将为二维硅基材料以及其他二维材料的设计提供重要的理论指导。

摘要：基于硅烯的四带低能有效哈密顿量,通过求解狄拉克方程研究了单层硅烯上的势垒隧穿,得出了硅烯中隧穿几率随入射角度的变化关系。当入射方向为正入射时,电子完全透射,隧穿几率不随隧穿势垒宽度和门电压改变而变化,表明在硅烯中可以观察到克莱因隧穿现象。进一步研究了硅烯在常规半导体相、拓扑绝缘体相以及半金属相等不同物相中的量子输运,发现不同的物相对于电子的隧穿影响不大。该研究有助于澄清硅烯上克莱因隧穿的特性,并为基于硅烯的强鲁棒性量子隧穿器件设计提供思路。

摘要：硅烯具有独特的电子、光学、热学、力学以及量子特性,在电子器件、电极材料、储氢材料、催化剂和气体传感器等领域有巨大的潜在应用价值.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,利用Materials Studio软件中的CASTEP程序包对硅烯与CO分子之间的吸附行为进行了研究.重点研究了硅烯掺杂方式、CO分子吸附构型及硅烯空位缺陷浓度对CO分子吸附的影响,研究结果表明:1)空位缺陷硅烯对CO分子的吸附能力最强;2)碳原子垂直朝向空位缺陷硅烯更有利于CO分子的吸附;3)硅烯对CO分子的吸附能力随其空位浓度的增加显著增强;4)空位硅烯向CO分子转移电荷,电荷转移量与二者的吸附作用强弱呈正相关.该研究可为硅烯基CO气体传感器的设计提供理论指导.

摘要：硅烯是有机硅化学中一类基本的反应活性中间体.在研究硅烯与烯烃加成反应的立体化学过程中,我们曾研究了二苯基硅烯、苯基环丙基硅烯与烯加成反应的立体化学.近年来,Gaspar和Boudjouk分别报道了含大体积取代基的硅烯,如二金刚烷基硅烯、二叔丁基硅烯与烯烃的加成反应.我们从取代基的电子效应考虑曾研究了2-苯基-2-(a-噻吩基)六甲基三硅烷的光解,发现反应是自由基机理.氧和硫同属第Ⅵ主族,与噻吩相对应的含呋喃环三硅烷的光解又如何呢?因此,我们又设计并合成了二(α-呋喃基)硅烯的前体,2,2-二(α-呋喃基)六甲基三硅烷(1),并研究了这种硅烯与烯烃加成的立体化学.当1在光照下与trans-2-丁烯或cis-2-丁烯反应,所得硅杂环丙烷衍生物用甲醇开环时,得到了相同的2-丁基-二(α-呋喃基)甲氧基硅烷(3).

摘要：以石墨烯为代表的二维六角晶体材料是凝聚态物理和材料物理的研究热点。随着对二维材料的深入研究,Dirac电子的能谷自由度引起了人们极大的关注。类似于自旋电子学,可以利用谷自由度作为信息载体设计新颖的纳米电子器件,即谷电子学。本文首先介绍了石墨烯和硅烯基本的电子性质,然后介绍了谷电子学方面的研究进展。重点回顾并讨论了由磁场、电场、应力场和交换场等构建的几类超晶格外场对Dirac电子能谷和自旋相关物理特性的影响规律。最后是对谷电子性质相关研究的总结和展望。

摘要：类石墨烯二维材料硅烯拥有与石墨烯(graphene)相似的性质.基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,通过计算模拟探讨了氧吸附对硅烯(silicene)纳米结构的性能影响.研究发现,氧吸附在硅烯后,硅烯在电子结构上改变了能带带隙,呈现半导体性质,对silicene单层纳米结构的实验研究具有理论指导意义和参考价值,同时在电子自旋器件的设计以及实践方面也具有潜在应用价值.

摘要：二维单原子碳层-石墨烯（Graphene）具有奇特的电子结构特征,其能带在费米能级处呈现上下对顶的圆锥形,形成所谓的狄拉克锥（Dirac Cone）。近日,上海大学理学院物理系刘轶教授及其科研团队通过理论计算首次发现,两种新型结构的碳硅烯也具有狄拉克锥特征的电子结构,这为研发和设计新型纳米电子器件材料提供了理论基础。

摘要：二维硅烯的商业用途通常受到其零带隙的抑制,限制了其在纳米电子和光电器件中的应用.利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,单层硅烯的带隙通过卤原子的化学官能化被成功打开了,并综合分析了卤化对单层硅烯的结构,电子和光学性质的影响.研究结果表明卤化使结构变得扭曲,但保持了良好的稳定性.通过HSE06泛函,全功能化赋予硅烯1.390至2.123 eV的直接带隙.键合机理分析表明,卤原子与主体硅原子之间的键合主要是离子键.最后,光学性质计算表明,I-Si-I单层在光子频率为10.9 eV时达到最大光吸收,吸收值为122000 cm^(-1),使其成为设计新型纳米电子和光电器件的有希望的候选材料.