黑磷的光学性质研究开题报告

1. 研究目的与意义

黑磷是磷的一种同素异形体，结构上有块状和二维单晶结构两种。

二维单晶结构的黑磷具有诸多优异特性，最让人兴奋的地方在于其可制备出超薄黑磷，其非常类似二维材料石墨烯。

现在黑磷二维材料已经成为了晶片界的一个新宠，有望成为未来电子设备的新材料。

2. 研究内容和预期目标

利用第一性原理对黑磷的体材料以及两维材料进行第一性计算，得到材料的静态结构，进一步根据计算结果给出材料的介电常数，以及钛酸钡材料的光学吸收系数。

采用lda、gga的dft理论方法以及考虑了准粒子相互作用的gw方法分别计算材料的光学性质，并对计算结果进行分析和比较。

本课题选题的特色是计算材料目前很热门的两维材料，通过选择不同的计算方法得到体材料以及薄膜（单层以及多层）的光学性质，并作详细比较研究，了解gw方法计算材料光学性质的优势，以及两维材料的光学性质的特点。

3. 研究的方法与步骤

以热门的黑磷材料为例，并同时注意跟ＭｏＳ２以及石墨烯等两维材料已有的文献报道作比较，对黑磷进行结构弛豫，画出体系的电子态密度分布, 对相关计算结果进行仔细分析。

方法是利vasp软件对系统进行模拟，并对数值计算结果，包括电子态密度，能带，材料的极化等结果进行分析和可视化。

然后把vasp的计算结果作为零级近似，进一步利用gw方法和解bethe-salpeter方程,考虑激子之间的相互作用，进一步修正体系的能带和光学性质。

4. 参考文献

[1] Anuja Chanana, and Santanu Mahapatra, First Principles Study of Metal Contacts to Monolayer Black Phosphorous, Journal of Appplied Physics 116, 204302 (2014).[2] Tianchao Niu, New properties with old materials: Layered black phosphorous, NanoToday (2016)[3] 赵红生，姚金城，武德起，常爱民, 第一性原理新进展:GW方法 [4] Michael Rohlfing, Steven G. Louie, Electron-hole Excitations and Optical Spectra from First Principles, Phys. Rev. B, Vol 62, No. 8, 4927(2000).[5] Mark S. Hybertsen and Steven G. Louies, Electron Correlation in Semiconductors and Insulators: Band gaps and Quasiparticle Energies, Phys. Rev. B, Vol 34, No. 8, 5390(1986).[6] L. Liu, S. Bala Kumar, Y. Ouyang, and J. Guo, Performance Limits of Monolayer Transition Metal Dichalcogenide Transistors, IEEE Trans. Electron Devices 58, 3042 (2011)[7] S. Rosenblatt, Y. Yaish, J. Park, J. Gore, V. Sazonova, and P. L. McEuen, High Performance Electrolyte Gated Carbon Nanotube Transistors, Nano Lett. 2, 869 (2002)[8] S. J. Tans, A. R. Verschueren, and C. Dekker, Room-temperature transistor based on a single carbon nanotube, Nature 393, 49 (1998).[9] B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti, and A. Kis, Single-layer MoS2 Transistors, Nat.Nanotechnol. 6, 147 (2011)[10] F. Xia, H. Wang, and Y. Jia, Activation of volume-sensitive outwardly rectifying chloride channel by ROS contributes to ER stress and cardiac contractile dysfunction: involvement of CHOP through Wnt, Nat. Commun. 5, 4458 (2014).[11] S. Grimme, Semiempirical GGA‐type density functional constructed with a long‐range dispersion correction, J. Comput. Chem. 27, 1787 (2006).[12] A. D. Becke and K. E. Edgecombe, A simple measure of electron localization in atomic and molecular systems, J. Chem. Phys. 92, 5397 (1990).[13] Y. Cai, G. Zhang, and Y.-W. Zhang, Layer-dependent Band Alignment and Work Function of Few-Layer Phosphorene, Sci. Rep. 4, 6677 (2014).[14] B. N. Dutta and B. Dayal, Lattice Constants and Thermal Expansion of Gold up to 878 °C by X‐Ray Method, Phys. Status Solidi B 3, 473 (1963).[15] A. S. Rodin, A. Carvalho, and A. H. Castro Neto,Strain-Induced Gap Modification in Black Phosphorus, Phys. Rev. Lett. 112,176801 (2014).

5. 计划与进度安排

(1) 2022.11.27 — 2022.3.4 指导教师与学生联系，学生根据要求收集资料(2) 2022.3.5 — 2022.3.11 下达毕业任务书(3) 2022.3.5 — 2022.3.18 学生完成开题报告(4) 2022.3.19 — 2022.6.5 学生按照要求进行论文的数据计算和整理分析工作(5) 2022.4.23 — 2022.5.6 进行中期检查(6) 2022.5.16 — 2022.5.22 完成论文初稿(7) 2022.5.30 — 2022.6.5 根据指导教师的论文修改意见，进行修改，定稿打印(8) 2022.6.13— 2022.06.18 指导教师写出评语，并完成毕业论文评阅(9) 2022.6.19 — 2022.06.20 进行论文答辩,整理材料,做好总结等