在电场作用下AB和AA堆叠的双层石墨烯片的比较研究：密度泛函理论研究

双层石墨烯片的堆叠方式对电场作用下的电子性质有显著影响，这是通过密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)研究得出的结论。密度泛函理论是一种在量子力学框架内处理多电子体系的方法，特别适用于复杂体系的电子结构计算。该理论被广泛应用于材料科学、物理、化学以及相关领域的研究中。 石墨烯是单层碳原子以六边形排列形成的一种二维材料，具有优秀的电学、力学、热学等特性。由于其独特的一维电子结构，石墨烯在零带隙半导体的特性上具备出色的导电性，但这种特性在某些应用中也需要被调制。在纳米尺度的电子设备中，石墨烯的潜在替代硅材料的地位使其成为研究热点。然而，纯石墨烯的零带隙特性限制了其在半导体领域应用的发展，因此研究如何调控其带隙成为当下研究的重点。 本研究聚焦于双层石墨烯在不同堆叠方式下的电子性质。具体来说，研究了AB堆叠与AA堆叠这两种不同堆叠方式的双层石墨烯在外部电场作用下的层间距、能带结构和原子电荷分布的变化。AB堆叠指的是相邻的两层石墨烯之间有一半的碳原子覆盖在另一层碳原子的正上方，形成六角排列中的一种特定取向。AA堆叠则是指两层石墨烯的碳原子完全重合，形成一种不同的排列方式。通过比较这两种堆叠方式，研究揭示了它们对电场敏感性的差异。 在电场的作用下，AB堆叠的双层石墨烯能够实现带隙的调控，当电场强度增加到1 V/nm时，带隙可调节至0.234eV。然而，AA堆叠的双层石墨烯对于外部电场并不敏感。研究还发现，在电场的作用下，两种堆叠方式的双层石墨烯层间距都会随着电场的变化而略有改变，但这种改变不大。此外，在AB堆叠的双层石墨烯中，电荷随着电场的增加而增加，这种电荷的增加被认为是导致AB堆叠双层石墨烯带隙开启的原因。 关键词：石墨烯、带隙、密度泛函理论研究 该研究的结论为石墨烯在纳米电子学领域的应用提供了重要的理论基础，特别是对基于石墨烯的晶体管和传感器的开发具有指导意义。研究说明通过堆叠方式的改变和外部电场的调控，可以有效调节石墨烯的带隙，从而拓展其在电子器件中的应用范围。此外，这一成果还表明，不同的堆叠方式会导致双层石墨烯对外部电场的不同响应，为设计具有特定电子特性的石墨烯材料提供了新的思路。 石墨烯的带隙调节机制，即通过外部条件（如电场、化学掺杂等）来改变其电子性质，是当前材料科学研究的一个重要方向。调节带隙不仅能够改变石墨烯的电子特性，也能够提升其在太阳能电池、场效应晶体管、光电子器件等领域的应用价值。因此，该研究不仅深化了对石墨烯材料电子性质的理解，也为未来新型电子器件的设计与开发提供了理论依据和实验指导。