一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，本发明专利技术通过改变界面处P原子的相对位置，成功在界面处产生了电荷密度波。电荷密度波的产生是由于界面处P原子的peierls不稳定性引起的，在空间受周期性调制。Peierls型体系的总能量比未变形前低，说明peierls型系统更稳定。电荷密度波的产生同时伴随着体系带隙的打开，晶格形变导致半填充的能带分裂为成键态和反键态。通过分子动力学模拟，证明peierls型体系在一定温度下也能稳定存在。单纯的P原子链呈现zigzag结构，证明了横向异质结构对产生电荷密度波起决定性的作用。能带对齐结果分析表明，peierls不稳定性影响异质结构的能带位置，对于二维横向异质结构在电子和光电器件的应用中具有重要的作用。

A method of generating charge density wave by constructing two-dimensional transverse heterojunction

【技术实现步骤摘要】
一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法
本专利技术涉及电荷密度波
，特别涉及一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法。
技术介绍
电荷密度波(ChargeDensityWave)是指晶体中出现的电荷密度的周期性波动，传导电子的电荷密度在空间受正弦调制。电荷密度波不稳定性最早由Frohlich和Peierls在1954、1955年提出，一维金属在低温条件下发生Peierls畸变，原子发生相对位移使晶格常数由a变成2a，布里渊区边界与费米面套迭，打开一个能隙，整个体系能量降低，伴随着导体到半导体的转变。Peierls机理已经成功用于描述许多低维结构的电荷密度波，然而，其不稳定性作为CDW形成的起源在一些现实和理想情况下依然存在争议。随后提出了剪切应变、多体相互作用、巨正则Peierls跃迁等方案对传统Peierls模型进行假设或修正。例如层状硫族化合物，其中CDW的形成是由电子-声子耦合引起的，而不是费米表面嵌套。而一维Na原子链即使是理想的Peierls模型，却不能产生CDW而更倾向于Zigzag型结构。随着二维材料的深入研究，二维横向异质结界面处容易出现准一维的结构，存在peierls不稳定性从而产生电荷密度波。Peierls不稳定性以及CDW的存在可能对体系的电子结构等性能具有重要的影响，然而目前缺少这一方面的研究。Peierls不稳定性相变在许多体系中不能更好的解释电荷密度波的产生。例如，一维Na原子链被作为理想的Peierls体系，却不符合Peierls相变机制。如图1，Na原子链更倾向于zigzag结构，而不是Peierls型形变。新一类二维层状材料横向异质结形成的准一维体系同样有可能产生电荷密度波。例如在Si(111)面形成In原子链，从而产生电荷密度波，体系在120K附近由绝缘体向金属转变。然而，这一转变不能用Peierls理论解释，自旋密度波的形成是由于剪切形变引起的。目前来看，Peierls机理似乎只局限于一些简单的一维体系，因此，我们通过本专利技术寻找更多的特别是在二维横向异质结中的Peierls型体系，提供适用于解释peierls形变的二维简单模型。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术目的在于提供一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法。其采用如下技术方案：一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其包括以下步骤：S10、选择晶格常数相匹配的黑磷和蓝磷进行横向异质结构的搭建，形成准一维界面；S20、进行能带结构和电荷密度计算；S30、对奇数位或偶数位的P原子进行相对位移，形成双倍周期的准一维界面，进行晶体结构优化，形成peierls型体系；S40、对形变的体系进行能带结构和电荷密度计算，确认电荷密度波的产生；S50、对形变的体系进行分子动力学模拟；S60、构建一维的P原子链状结构，验证peierls不稳定性是否存在于单纯的一维P原子链，与构建的异质结准一维界面进行对比；S70、对形变和未形变两种异质结构做电子结构对比，分析peierls不稳定性对器件性能的影响。作为本专利技术的进一步改进，还包括以下步骤：S80、选择类似的石墨烯和h-BN二维材料构建横向异质结准一维界面，判断是否产生电荷密度波，确定该方法是否适用于其他二维体系。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S50具体包括：对形变的体系进行分子动力学模拟，温度设置在室温300K，时间选择10皮秒，晶体结构趋于稳定状态。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤S10具体包括：选择晶格常数相匹配的单层黑磷和蓝磷分别进行结构优化，对优化好的单层磷烯进行横向异质结构的构建，保证相邻对应的P原子x坐标方向一致，重新进行晶体结构优化，优化好的结构界面处呈现等间距的准一维界面。作为本专利技术的进一步改进，黑磷和蓝磷和晶格常数分别为3.314埃和3.278埃。作为本专利技术的进一步改进，位移后的P原子间距由原来的3.27埃变为2.48埃。本专利技术的有益效果：本专利技术构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法通过改变界面处P原子的相对位置，成功在界面处产生了电荷密度波。电荷密度波的产生是由于界面处P原子的peierls不稳定性引起的，在空间受周期性调制。Peierls型体系的总能量比未变形前低，说明peierls型系统更稳定。电荷密度波的产生同时伴随着体系带隙的打开，晶格形变导致半填充的能带分裂为成键态和反键态。通过分子动力学模拟，证明peierls型体系在一定温度下也能稳定存在。单纯的P原子链呈现zigzag结构，证明了横向异质结构对产生电荷密度波起决定性的作用。能带对齐结果分析表明，peierls不稳定性影响异质结构的能带位置，对于二维横向异质结构在电子和光电器件的应用中具有重要的作用。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。附图说明图1是一维Zigzag型Na原子链结构图；图2是本专利技术中实施例中通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法的流程图；图3是本专利技术中实施例中磷烯横向异质结构图；图4是本专利技术中实施例中形变前和形变后的一维P原子界面结构图；图5是本专利技术中实施例中形变前和形变后的能带结构图；图6是本专利技术中实施例中形变前和形变后的界面处电荷密度图；图7是本专利技术中实施例中分子动力学模拟后的界面结构图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。本实施例中的通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其包括以下步骤：S10、选择晶格常数相匹配的黑磷和蓝磷进行横向异质结构的搭建，形成准一维界面；具体包括：选择晶格常数相匹配的单层黑磷和蓝磷分别进行结构优化，对优化好的单层磷烯进行横向异质结构的构建，保证相邻对应的P原子x坐标方向一致，重新进行晶体结构优化，优化好的结构界面处呈现等间距的准一维界面。具体如图3所示。其中，黑磷和蓝磷和晶格常数分别为3.314埃和3.278埃，选择zigzag边形成准一维界面，其晶格适配小于1％。S20、进行能带结构和电荷密度计算；如图5所示，左边为形变前的能带。S30、对奇数位或偶数位的P原子进行相对位移，形成双倍周期的准一维界面，进行晶体结构优化，形成peierls型体系；位移后的P原子间距由原来的3.27埃变为2.48埃。具体如图4所示，左边为形变前的一维P原子界面结构图，右边为形变后的一维P原子界面结构图。S40、对形变的体系进行能带结构和电荷密度计算，确认电荷密度波的产生；具体如图5所示，右边为形变后的能带。S50、对形变的体系进行分子动力学模拟；具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS10、选择晶格常数相匹配的黑磷和蓝磷进行横向异质结构的搭建，形成准一维界面；/nS20、进行能带结构和电荷密度计算；/nS30、对奇数位或偶数位的P原子进行相对位移，形成双倍周期的准一维界面，进行晶体结构优化，形成peierls型体系；/nS40、对形变的体系进行能带结构和电荷密度计算，确认电荷密度波的产生；/nS50、对形变的体系进行分子动力学模拟；/nS60、构建一维的P原子链状结构，验证peierls不稳定性是否存在于单纯的一维P原子链，与构建的异质结准一维界面进行对比；/nS70、对形变和未形变两种异质结构做电子结构对比，分析peierls不稳定性对器件性能的影响。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、选择晶格常数相匹配的黑磷和蓝磷进行横向异质结构的搭建，形成准一维界面；
S20、进行能带结构和电荷密度计算；
S30、对奇数位或偶数位的P原子进行相对位移，形成双倍周期的准一维界面，进行晶体结构优化，形成peierls型体系；
S40、对形变的体系进行能带结构和电荷密度计算，确认电荷密度波的产生；
S50、对形变的体系进行分子动力学模拟；
S60、构建一维的P原子链状结构，验证peierls不稳定性是否存在于单纯的一维P原子链，与构建的异质结准一维界面进行对比；
S70、对形变和未形变两种异质结构做电子结构对比，分析peierls不稳定性对器件性能的影响。


2.如权利要求1所述的通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S80、选择类似的石墨烯和h-BN二维材料构建横向异质结准一维界面，判断是否产生电荷密度...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟，崔振浩，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32