光电材料Cd-IV-V化合物的结构设计及其电子性质研究文献综述

文 献 综 述

大约60年前，如何满足当时计算机储存量日益增加的需求成为当时的主要难题，硅基材料的出现成功解决了这个问题，现在又出现了新的问题，就是设备的能耗问题，使用新型的二维半导体材料能够节省大量的能量损耗，在现在的所消耗的能量中，有一半都以热的作用消失了，二维材料只有几个原子层厚，没有哪个材料比二维材料更轻更柔韧，导电性更佳，所以二维材料制作电子设备有独特的优势。

自2004年石墨烯被发现以来，探寻其他新型二维晶体材料一直是二维材料研究领域的前沿。正如石墨烯一样，大尺寸高质量的其他二维晶体不仅对于探索二维极限下新的物理现象和性能非常重要，而且在电子、光电子等领域具有诸多新奇的应用。近年来，除石墨烯外，二维六方氮化硼、过渡族金属硫化物、氧化物、黑磷等二维材料也被制备出来，极大地拓展了二维材料的性能和应用。

近年来，由于计算工具和相关理论的迅速发展，基于密度泛函理论的第一性原理计算在材料科学的研究中得到了广泛的应用，已经成为材料表征与设计的有力工具之一。人们甚至希望通过构建材料结构和性质的数据库，从而描述出“材料基因图谱”。实验上，有很多有效方法被用来合成材料和对材料进行表征。理论计算研究既可以用来解释已有的实验现象，帮助我们更好的理解实验，也可以设计新材料或者预测材料的新性质，为实验研究提供方向和指导。二维纳米材料常常有独特的力、电、光、磁和催化性能，是现在材料研究中的一个重要的方向。本文主要对二维材料CdSiP2、CdGeP2、CdSiAs2等^1-9Cd-IV-V化合物进行第一性原理研究。

第一性原理：

第一性原理计算^10-20 (first-pnnciplescalculation)，又称从头计算（abinitiocalculation)是基于量子力学来处理体系中电子的运动，得到电子的波函数和对应的本征能量，从而求得系统的总能量以及成键、弹性和稳定性等性质的一种计算方法。第一性原理计算一方面是对真实实验的补充，通过计算可以使被模拟体系的特征和性质更加接近真实的情况。另一方面，与真实的实验相比，第一性原理计算还能更快地设计出符合要求的实验。随着当代计算机计算能力日新月异的增强，它己经越来越多地被应用到固体、表面、大分子和生物体系的研究中。

密度泛函理论

在众多的理论方法中，二十世纪发展起来的密度泛函理论（DensityFunction）占有重要地位，它为化学和窗体物理中的电子结构计算提供了一种新的途径。密度泛函理论的基本思想是原子，分子和固体的基态物理性质可以用基态电子数密度来描述。该理论己经被成功地应用于固体材料电子结构性质的理论研究，成为计算材料科学的重要组成部分。尽管晶体体系是由大量电子及原子核组成的相互作用的多粒子体系，但其许多电子过程仅与外层电子有关。因此可以将其看作由外层电子及离子实（由内层电子和核构成）组成的系统。系统中粒子状态可以由薛定谔方程的解来描述：

HPsi;=EPsi;

方程中H是系统的哈密顿量算符，Psi;是系统的波函数，是系统的能量。