[发明专利]一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法

说明书

本发明公开了一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，本发明通过改变界面处P原子的相对位置，成功在界面处产生了电荷密度波。电荷密度波的产生是由于界面处P原子的peierls不稳定性引起的，在空间受周期性调制。Peierls型体系的总能量比未变形前低，说明peierls型系统更稳定。电荷密度波的产生同时伴随着体系带隙的打开，晶格形变导致半填充的能带分裂为成键态和反键态。通过分子动力学模拟，证明peierls型体系在一定温度下也能稳定存在。单纯的P原子链呈现zigzag结构，证明了横向异质结构对产生电荷密度波起决定性的作用。能带对齐结果分析表明，peierls不稳定性影响异质结构的能带位置，对于二维横向异质结构在电子和光电器件的应用中具有重要的作用。

技术领域

本发明涉及电荷密度波技术领域，特别涉及一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法。

背景技术

电荷密度波(Charge Density Wave)是指晶体中出现的电荷密度的周期性波动，传导电子的电荷密度在空间受正弦调制。电荷密度波不稳定性最早由Frohlich和Peierls在1954、1955年提出，一维金属在低温条件下发生Peierls畸变，原子发生相对位移使晶格常数由a变成2a，布里渊区边界与费米面套迭，打开一个能隙，整个体系能量降低，伴随着导体到半导体的转变。Peierls机理已经成功用于描述许多低维结构的电荷密度波，然而，其不稳定性作为CDW形成的起源在一些现实和理想情况下依然存在争议。随后提出了剪切应变、多体相互作用、巨正则Peierls跃迁等方案对传统Peierls模型进行假设或修正。例如层状硫族化合物，其中CDW的形成是由电子-声子耦合引起的，而不是费米表面嵌套。而一维Na原子链即使是理想的Peierls模型，却不能产生CDW而更倾向于Zigzag型结构。随着二维材料的深入研究，二维横向异质结界面处容易出现准一维的结构，存在peierls不稳定性从而产生电荷密度波。Peierls不稳定性以及CDW的存在可能对体系的电子结构等性能具有重要的影响，然而目前缺少这一方面的研究。

Peierls不稳定性相变在许多体系中不能更好的解释电荷密度波的产生。例如，一维Na原子链被作为理想的Peierls体系，却不符合Peierls相变机制。如图1，Na原子链更倾向于zigzag结构，而不是Peierls型形变。新一类二维层状材料横向异质结形成的准一维体系同样有可能产生电荷密度波。例如在Si(111)面形成In原子链，从而产生电荷密度波，体系在120K附近由绝缘体向金属转变。然而，这一转变不能用Peierls理论解释，自旋密度波的形成是由于剪切形变引起的。目前来看，Peierls机理似乎只局限于一些简单的一维体系，因此，我们通过本发明寻找更多的特别是在二维横向异质结中的Peierls型体系，提供适用于解释peierls形变的二维简单模型。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法。其采用如下技术方案：

一种通过构建二维横向异质结产生电荷密度波的方法，其包括以下步骤：

S10、选择晶格常数相匹配的黑磷和蓝磷进行横向异质结构的搭建，形成准一维界面；

S20、进行能带结构和电荷密度计算；

S30、对奇数位或偶数位的P原子进行相对位移，形成双倍周期的准一维界面，进行晶体结构优化，形成peierls型体系；

S40、对形变的体系进行能带结构和电荷密度计算，确认电荷密度波的产生；

S50、对形变的体系进行分子动力学模拟；

S60、构建一维的P原子链状结构，验证peierls不稳定性是否存在于单纯的一维P原子链，与构建的异质结准一维界面进行对比；

S70、对形变和未形变两种异质结构做电子结构对比，分析peierls不稳定性对器件性能的影响。