三維狄拉克半金屬的**導(dǎo)特性

時(shí)間：2017-03-23作者：上海巨納科技有限公司瀏覽：142

    石墨烯（Graphene）是具有蜂窩狀原子結(jié)構(gòu)和單層原子厚度的二維碳材料。它的發(fā)現(xiàn)不僅打破了長(zhǎng)久以來(lái)二維晶體無(wú)法在自然界中穩(wěn)定存在的預(yù)言，其自身的優(yōu)異性質(zhì)也使得石墨烯在基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中都較具潛力。尤其是狄拉克錐（Dirac cone）的存在賦予了石墨烯許多新奇的物理現(xiàn)象和電子性質(zhì)，例如半整數(shù)、分?jǐn)?shù)和分形**霍爾效應(yīng)，**高遷移率等。
石墨烯的研究打開(kāi)了發(fā)掘更多二維材料的大門(mén)。到目前為止，已有上百種二維材料被人們所發(fā)現(xiàn)，這包括了*四主族單質(zhì)，*三和*五主族構(gòu)成的二元化合物，金屬硫族化合物，復(fù)合氧化物，等等。但這其中只有石墨烯、硅烯（Silicene）、鍺烯（Germanene）、部分石墨炔（Graphynes）、以及其他少量體系被認(rèn)為可能具有狄拉克錐。而且，只有石墨烯中的狄拉克錐真正地被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。那么，為什么二維狄拉克材料如此**？這類(lèi)材料具有怎樣的結(jié)構(gòu)特征和性質(zhì)？如何尋找和設(shè)計(jì)新的狄拉克體系呢？
    圍繞這些問(wèn)題，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院的王進(jìn)瑩博士、鄧時(shí)濱博士、劉忠范院士和劉志榮副教授共同撰寫(xiě)了綜述文章“稀有的二維狄拉克材料”并發(fā)表在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》2015年*1期/content/2/1/22.full）。該文綜述了多種二維狄拉克材料的較新理論研究進(jìn)展，如石墨烯、硅烯、鍺烯、石墨炔、數(shù)種硼片和碳片、過(guò)渡金屬氧化物(VO2)n/(TiO2)m和(CrO2)n/(TiO2)m、**和**金屬晶體、so-MoS2、和人造晶格（電子氣和冷原子）等。文中重點(diǎn)介紹了這些二維狄拉克材料的結(jié)構(gòu)和電子性質(zhì)，闡述了狄拉克點(diǎn)的產(chǎn)生、移動(dòng)和消失過(guò)程，并采用相關(guān)理論解釋了二維狄拉克體系的**性，提出了狄拉克錐的存在對(duì)體系的對(duì)稱(chēng)性、參數(shù)、費(fèi)米能級(jí)和能帶耦合的嚴(yán)格限制，為尋找新型二維狄拉克材料提供了方向。
近年來(lái)劉忠范院士和劉志榮課題組就石墨烯等納米材料的理論研究展開(kāi)廣泛合作，深入探索該類(lèi)材料的能帶調(diào)控、電子輸運(yùn)性質(zhì)、和化學(xué)反應(yīng)等問(wèn)題。劉忠范課題組發(fā)展了系列控制生長(zhǎng)和化學(xué)修飾石墨烯的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯電子性質(zhì)的部分調(diào)控。例如，他們采用化學(xué)氣相沉積法結(jié)合多種物質(zhì)源，設(shè)計(jì)制備出氮摻、硼摻、和氮化硼雜化石墨烯；通過(guò)化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨烯的共價(jià)修飾，發(fā)展了光催化剪紙技術(shù)、光氯化加成法、光致甲基化、和非對(duì)稱(chēng)共價(jià)修飾等方法。在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，劉志榮課題組采用**性原理計(jì)算、緊束縛模型等工具從理論上系統(tǒng)研究了石墨烯等相關(guān)納米材料的電子性質(zhì)。他們探索了**限域、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)修飾、和區(qū)域雜化等方法對(duì)石墨烯能帶結(jié)構(gòu)和電子輸運(yùn)性質(zhì)的調(diào)控，闡明了帶隙調(diào)控和遷移率變化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提出了氮化硼雜化石墨烯可能是同時(shí)具有非零帶隙和高遷移率（可達(dá)105 ?106 cm2 V-1 s-1）的材料。此外，他們還深入研究了石墨炔、四方碳等其他二維碳材料，發(fā)現(xiàn)了狄拉克錐的存在與晶格對(duì)稱(chēng)性的密切關(guān)系，并設(shè)計(jì)出系列新型二維狄拉克材料。
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