石墨烯/二硒化钨异质结材料体系研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景： 石墨（graphite）是一种层状晶体材料，其层与层之间是通过范德瓦尔斯相互作用结合在一起的，并且构成石墨的二维单层结构就是石墨烯（graphene）。2004年，科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功的从三维石墨结构中分离出了单层的石墨烯结构，证实了二维单原子层结构石墨烯可以在自然界中单独稳定的存在，他们二人也因此项研究而被授予了2010年的诺贝尔物理学奖。石墨烯是由碳原子形成的具有蜂窝状六角晶格结构的二维单原子层结构，碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp₂杂化。石墨烯具有优异的性能，包括柔韧性，高电子迁移率和透明度等，其是目前最重要的二维（2d）材料之一。石墨烯的费米面附近具有狄拉克型的线性能带色散关系，石墨烯独特的原子结构和电子结构特征使其具有巨大的潜在理论研究和实际应用价值。二硒化钨（wse₂）是另外一种重要的层状晶体材料，二维单层二硒化钨可以从三维二硒化钨中剥离得到。单层二硒化钨是一种直接带隙的半导体材料，在能谷霍尔效应等领域具有重要的研究价值。不同的二维材料结合到一起后会形成范德瓦尔斯型的异质结材料系统，其将对两种材料的电子结构性质产生影响，达到调控二维材料电子结构特性的目的。本论文将研究由石墨烯和单层二硒化钨形成的异质结材料的电子结构特性，为基于石墨烯的电子器件的应用提供理论指导。

研究目的： 根据第一性原理计算方法获得石墨烯/二硒化钨异质结材料体系的电子结构特性，并分析出异质结体系对本征石墨烯及二硒化钨电子结构的影响和调控效应。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：首先，建立二维单层石墨烯和二硒化钨的原子晶格结构，并用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别计算石墨烯和二硒化钨的晶体结构、能带结构、态密度等信息，得出本征石墨烯和二硒化钨的基本性质，然后，建立石墨烯和二硒化钨的异质结材料体系模型，用第一性原理方法计算所构建的石墨烯/二硒化钨异质结的结构信息，主要是确定石墨烯和二硒化钨形成的异质结的类型和它们之间的层间距，接着用第一性原理计算方法研究石墨烯/二硒化钨异质结材料体系的电子结构特性，包括能带结构、态密度、分态密度等，根据计算结果，分析石墨烯/二硒化钨异质结材料体系对本征石墨烯及二硒化钨电子结构的影响和调控效应。

预期目标： 根据计算结构，分析得出石墨烯/二硒化钨异质结材料体系对本征石墨烯及二硒化钨电子结构的

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

根据原子结构信息，利用vesta软件和material studio软件建立相应的二维原子晶格结构模型；利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究二维原子晶格及异质结材料体系的电子结构性质；根据计算结果，进行数据分析处理等。

4. 参考文献

[1] hu w, wang t, zhang rq, and yang j l, effects of interlayer coupling and electric fields on theelectronic structures of graphene and mos2 heterobilayers [j]. journal ofmaterials chemistry c, 2016, 4: 1776-1781.

[2] ghorbani-asl m, bristowe p d, koziol k, heine t, and kuc a, effect ofcompression on the electronic, optical and transport properties ofmos2/graphene-based junctions [j]. 2d materials, 2016, 3: 025018-025018.

[3] hu w, wang t, zhang r q, and yang j l, tunable schottky contacts inhybrid graphene–phosphorene nanocomposites [j]. journal of materials chemistryc, 2015, 3: 4756-4761.

5. 计划与进度安排

(1) 2022-12-06～2022-03-04

复习量子力学和固体物理等基础课程，学习密度泛函理论的基本知识。

(2) 2022-03-05～2022-03-18