硅石墨烯g-SiC_(7)的Si分布和结构的第一性原理研究

硅石墨烯(siligraphene)作为石墨烯和硅烯的复合物,由于其具有石墨烯和硅烯不具备的许多优异性能而受到了广泛关注.Siligraphene的性质与Si原子的分布以及它的结构密切相关,但是目前对siligraphene的研究主要限于Si的规则分布和具有高对称性的平面结构.为了超越这些限制,本文基于密度泛函理论研究了siligraphene g-SiC_(7)所有可能的Si分布及其平面和非平面结构.首先从g-SiC_(7)的35960种Si分布中筛选出了365种不等价的Si分布,然后针对每个不等价的Si分布,比较了平面结构和非平面结构的稳定性.就Si分布而言,Si原子倾向于聚集在一起以降低能量,而更分散的Si分布通常具有更高的能量;就结构的平面性而言,研究发现存在很多的非平面结构,其能量明显低于平面结构.在所有可能的Si分布中,仅有8个平面结构对面外扰动是稳定的.本文进一步研究了能量最低三种结构的动力学、热力学和机械稳定性,发现它们都是稳定的.能带计算发现,尽管能量最低的几种结构存在明显的翘曲,它们在第一布里渊区中两个狄拉克能谷仍得以保留,并且在狄拉克点处打开了相当大的带隙.本文计算了其贝里曲率,发现在不等价狄拉克能谷处的贝里曲率是相反的,这表明系统具有能谷自由度.研究表明,siligraphene倾向于具有更集中的Si分布和翘曲结构,并且最稳定的结构具有良好的电子性质.