二维五族元素材料缺陷态的理论研究

Few-layer Group V elements such as black phosphorus (phosphorene) has become the most promising candidates for 2D electronics due to their non-zero fundamental band gap and relatively high carrier mobility. Different types of defects are easy to form in the 2D lattice as a result of the variety of stable structural phases of layered structures. In this study, we will use ab initio density functional theory to investigate the equilibrium geometry and formation energy of different types of defects in a 2D Group V element lattice and their effects on the mechanical and electronic properties. The accomplishment of this project is expected to understand the different defects effects on the electronic structure and transport of the layered structures and find the way to passivate the harmful defects. The results of the projects will give a good guidance of future experimental works on defects in the synthesis and application of 2D Group V elements.

以二维黑磷（磷烯）为代表的五族元素层状结构由于其具有本征带隙和较大的电荷迁移率而逐渐成为最有竞争力的二维半导体材料之一。五族元素的层状结构由于其特殊的结构相多样性，导致了二维晶体中易产生多种不同的缺陷结构。本项目基于第一性密度泛函理论，对二维五族元素材料中的不同缺陷的平衡结构，形成能，以及对材料的力学，电学性能等的影响进行理论上的计算研究。项目预期将从物理上理解二维五族元素材料中不同类型的缺陷对材料电子结构，输运性能的影响以及找到对部分有害缺陷钝化处理方法。项目研究成果将为未来五族元素二维材料合成及应用中解决缺陷相关问题以及为缺陷工程等实验工作提供思路和理论指导。

以黑磷烯为代表的五族元素层状结构及其类似结构的二维材料已成为目前二维半导体材料的热门研究对象。本项目首先研究了黑磷烯材料中独特的线缺陷的结构特征及其对材料电学性质的影响。在此基础上进一步研究了其等电子体结构二维SiS材料的氧化结构以及类似褶皱形三元化合物二维结构PBN和SiSC材料。此类褶皱形结构大都有着半导体特性且有着独特的各向异性电学性质，是未来各向异性电子器件应用的有力竞争材料。此外本项目研究了二维黑磷烯/Co2P异质结作为光催化系统时界面处的电荷传输通道性质，以及预测了碳纳米管/磷纳米线的一维同轴异质结构。本项目的研究将为二维材料在电子、光电等纳米器件中的应用提供重要的思路和理论指导。