不同堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响的第一性原理研究

双层石墨烯是一种由两层石墨烯片层以不同的堆垛方式进行堆叠而形成的材料，它在电子学和半导体器件中有巨大应用潜力。为了使双层石墨烯在实际应用中更具有实用价值，例如在场效应晶体管中使用，就必须解决其零能隙的问题，即开启其能隙。本研究探讨了不同堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响，以及如何通过第一性原理计算来预测和调控这一影响。 第一性原理计算是一种基于量子力学原理来计算材料性质的方法，能够为了解物质的电子结构提供基本的理论依据。在本研究中，研究者通过第一性原理计算，探讨了不同堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响。 堆垛方式通常指的是一层石墨烯相对于另一层石墨烯的空间排列方式。在双层石墨烯中，最为人熟知的堆垛方式有AB堆垛和AA堆垛。在AB堆垛中，上层石墨烯的一个原子与下层石墨烯的一个原子正对着，而AA堆垛则指的是两层石墨烯的原子完全重叠。此外，还有转角石墨烯，也就是两层石墨烯之间有旋转角度的情况。不同的堆垛方式会直接影响双层石墨烯的物理和化学性质。 研究者使用了表面功能化的氮化硼材料作为基底，来进一步增大双层石墨烯的能隙。氮化硼是一种具有较强极性的材料，与双层石墨烯结合后，可以改变其电子结构，从而开启或改变能隙大小。研究发现，AB堆垛方式下，双层石墨烯的能隙可以达到约0.430eV，而AA堆垛和转角石墨烯则无法打开能隙，即能隙接近零。 此外，该研究还表明，研究者的方法能够有效屏蔽外界电场对能隙的影响。这说明了在外界电场存在的情况下，通过特定的堆垛方式，可以保持双层石墨烯的能隙稳定。与其它打开双层石墨烯能隙的方法相比，本研究提出的方法在保持双层石墨烯结构完整性的同时，得到的能隙大小非常适合运用于电子器件中。 由于研究中提出的方法在实验中易于实现，因此研究结果被认为将有助于石墨烯在半导体器件中的应用，并促进石墨烯技术的发展。这表明，通过调控双层石墨烯的堆垛方式，可以有效地调控其电子性质，进而为石墨烯在电子器件中的应用开拓了新的可能性。 本研究通过理论计算和实验探索，揭示了不同的堆垛方式对双层石墨烯能隙的影响，并发现通过选择合适的堆垛方式和基底材料，可以有效调控双层石墨烯的能隙大小，这对于推动石墨烯在电子器件和半导体技术中的应用具有重要意义。此外，这项研究还为未来进一步探索石墨烯材料的电子性质和器件应用提供了宝贵的理论支持和实验指导。