氢空位簇调控锗烷的电子结构和分子掺杂

锗烷因其合适的带隙、较高的电子迁移速率、较好的环境稳定性、较小的电噪声和超薄的几何结构,有望取代现有硅基或锗基材料成为下一代半导体器件的理想载体.基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理方法,研究了不同构型和浓度的氢空位簇对锗烷电子结构及锗烷中四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene,TTF)分子掺杂性能的影响.计算结果表明,不同构型氢空位簇的引入可诱导Germanane Dehydrogenated-x H(GD-xH)体系产生不同性质的磁性,且磁矩大小亦与Lieb定理的预测结果相符,并能在G_(D-x H)(x=1,4,6)体系自旋向下的能带结构中实现由缺陷态引起的类p型半导体掺杂效应,其电子激发所需的能量则会随着体系脱氢浓度的升高而不断降低.吸附TTF分子后,G/TTF和G_(D-xH)/TTF(x=1,2,6)体系表现出分子掺杂效应,且G_(D-x H)/TTF(x=1,6)体系因分子轨道与缺陷态的杂化作用,可在自旋向上与自旋向下的能带结构中形成不同的掺杂类型.进一步的量子输运计算还表明,Armchair和Zigzag类型的锗烷基器件表现为明显的各向同性,且TTF分子吸附所导致的载流子掺杂可大幅提高其I-V特性.

阳离子调控对卤化物固态电解质性能的改善

三元锂金属卤化物作为极具潜力的固体电解质材料受到人们的广泛关注.本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了一系列具有不同Li离子浓度的Li_(x)YCl_(3+x)(x=2.14,3.00,4.20)和Li_(x)YBr_(3+x)(x=1.8,3.0,5.0)材料的结构、电子性质和迁移特性.研究结果表明,Li离子和Li空位浓度的变化对材料的性能有显著影响,而且随着x值的增加,Li离子的含量增加,相应的Li空位浓度降低,结构的稳定性增强、带隙增大、离子迁移能垒降低,从而可以调控该类材料的性能.此外,计算结果进一步表明,在所有考虑的结构中,具有最佳Li离子与Li空位平衡的Li_(3)YCl_(6)和Li_(3)YBr_(6)组分展现出最高的结构稳定性、最大的带隙和最低的迁移能垒.本文为设计性能更好的卤化物固态电解质提供了一种新策略和新思路.