缺陷對石墨烯電子結(jié)構(gòu)的影響

如圖5(a)所示，本征石墨烯的電子態(tài)密度峰值比含有缺陷的石墨烯更為尖銳，這與本征石墨烯能帶結(jié)構(gòu)中高對稱點處存在較高的簡并度相符。在費米能級處本征石墨烯具有多個峰值并且連續(xù)，表現(xiàn)為零帶隙，這與能帶結(jié)構(gòu)的計算結(jié)果相符。對于含有Stone-Wales缺陷的超胞，態(tài)密度分布如圖5(b)所示，費米能級處有一個尖峰，對應(yīng)為Stone-Wales缺陷引入的新缺陷能帶。缺陷的存在導致石墨烯出現(xiàn)帶隙，使石墨烯金屬性減弱，這與能帶結(jié)構(gòu)相符合。
對于含單空位缺陷的石墨烯超胞。態(tài)密度分布如圖5(c)所示，圖中費米能級右邊第一個較尖銳的峰值應(yīng)為懸掛鍵所貢獻，并在費米能級處出現(xiàn)了較小的帶隙，而費米能級左邊的第一個尖峰對應(yīng)于缺陷中五邊形邊緣的碳原子產(chǎn)生的電子狀態(tài)。兩個缺陷尖峰的存在導致石墨烯的帶隙有了較為明顯的增大，態(tài)密度分布反映了能帶結(jié)構(gòu)計算的結(jié)果。
雙空位態(tài)密度分布如圖5(d)所示，費米能級處存在較大帶隙，并且費米能級上方的第一個尖峰對應(yīng)于雙空位缺陷所產(chǎn)生的缺陷態(tài)。這個尖峰也導致石墨烯帶隙出現(xiàn)了增大，其與能帶結(jié)構(gòu)圖相符。
總體上看，石墨烯引入缺陷后，其金屬性受到破壞而半導體性得到增強，對于單空位缺陷，這種影響最為嚴重。

3 結(jié)束語
利用第一性原理計算方法，研究了多種缺陷對石墨烯電子結(jié)構(gòu)的影響。得到如下結(jié)論：(1)Stone-Wales缺陷的存在使得石墨烯的帶隙增大至0．637 eV，并在費米能級附近引入一條缺陷能帶。(2)單空位缺陷使石墨烯帶隙增加至1．591 eV，并在能隙中出現(xiàn)了兩條新能帶：一條由懸掛鍵貢獻；一條為單空位缺陷中的五邊形結(jié)構(gòu)貢獻。(3)雙空位缺陷使石墨烯帶隙增加至1．207 eV，并在帶隙中引入了一條新能帶，其作為雙空位缺陷態(tài)。相比而言，Stone-Wales缺陷對石墨烯電子結(jié)構(gòu)影響最小，引起的帶隙變化較小，單空位缺陷引起的帶隙增大最大。如果讓這些缺陷結(jié)構(gòu)滿足特定的分布，可以獲得多種基于石墨烯的二維晶體結(jié)構(gòu)，這為石墨烯的性能調(diào)控提供了新的思路。