题 目 掺杂硅烯的第一性原理计算 学生姓名 学号 所在学院 物理与电信工程学院 专业班级 物理学 1202 指导老师 完成地点 陕西理工学院 2025 年 6 月 5 日掺杂硅烯的第一性原理计算（陕西理工学院 物理与电信工程学院 物理学专业 2025 级（2）班 陕西 汉中 723001）指导老师：[摘 要] 硅烯是一种新型的二维材料，是一个非常有意义的讨论体系，其结构与石墨烯的结构类似。由于石墨烯固有的“零带隙”，使其通过一些化学方法打开的带隙难以控制。而硅烯本身不仅具有独特的电子性质，而且能通过吸附、掺杂等原子层面的方法对其电子结构进行设计与改性。制备硅烯和讨论硅烯的电子结构已经成为了目前讨论的一个重点，而且打开并且硅烯的能量带隙也是讨论其电子性质的重点。本文主要介绍了完美硅烯的结构和掺杂原子等原子层面的修饰手段对硅烯电子结构进行设计和修改，并分析对其电子结构的影响。本文主要利用基于第一性原理的密度泛函理论计算方法并借助 MS 计算软件的计算和图像显示，讨论了掺杂钾原子对打开硅烯能隙的影响以及讨论如何打开能隙的新途径。 [关键词]第一性原理；密度泛函理论；硅烯；能隙引言硅烯，是一种新型的二维材料，是一种单元子层的二维硅薄膜 [1]，其结构与石墨烯的结构类似，目前已经能在实验上成功制备。通过理论计算，我们知道了位于同一个平面的硅原子组成的二维材料不是很稳定，硅原子更加倾向于形成原子不共面的上下翘曲结构。所以与石墨烯不同的是，石墨烯的结构是一种平面的二维蜂窝状结构，而硅烯也是六元环结构，只是六元环中有三个硅原子向上翘曲。 硅烯的这种弱翘曲结构让其产生了许多异于石墨烯的优良电子性质。硅烯具有更强的自旋-轨道耦合，可以在它的狄拉克点打开能量带隙，并且比石墨烯由于自旋打开的能量带隙大得多，也对电场有更强的反应，能与外来的原子、分子发生相互的作用。硅烯具有极高的载流子迁移率，极适合制作成为高效率的场效应管，而打开硅烯的能量带隙是它面对电子器件应用的关键，是以硅烯能量带隙的打开成为了实现应用的关键问题。在本文中，我们通过Material Studio 软件用碱金属原子钾原子对硅烯中的硅原子进行替换，通过分析其能带图和态密度图，进而计算硅烯的能量带隙，讨论是否打开硅烯中的能量带隙，并且通过和完美硅烯的能量带隙图的对比，讨论打开能量带隙的新方法。1 计算方法及计算软件1.1 第一性原理计算方法量子力学第一性原理计算方法 [2]...
