应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究.pdf

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1、物理化学学报(，fHuaxueXuebao)SeptemberActaP．一Chim．Sin．2015，31(9)，1677—16821677[Article]doi：10．3866／PKU．WHXB201506301www．whxb．pku．edu．cn应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究汪志刚z曾祥明张杨。黄娆文玉华，(乐山师范学院物理与电子工程学院，四川乐山614004；。厦门大学物理学系，福建厦门361005；。西安交通大学应用物理系西安710049)摘要：采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对单层ZnO薄膜能带结构的应变调控进行了研究．

2、计算结果表明：沿着之字形方向的压缩应变和扶椅形方向的拉伸应变对薄膜带隙的调控都是线性的，而且带隙调控的范围最大：相反地，在沿着之字形方向的拉伸应变和扶椅形方向的压缩应变的调控下，带隙则呈现出非线性的变化．对于双轴应变的拉伸与压缩，带隙的变化都是非线性的．这种通过不同的应变加载方式来实现对带隙不同程度的调控，对ZnO薄膜在光学和催化等领域的应用具有重要的指导意义．关键词：氧化锌：应变：能带结构：第一性原理计算中图分类号：0641First·PrinciplesStudyofEfectofStrainontheBandStructureofZnOMonol

3、ayerWANGZhi-Gang’ZENGXiang-MingZHANGYang。HUANGRaoWENYu-Hua'rCollegeofPhysicsandElectronicEngineering,LeshanNormalUniversity,Leshan61400~SichuanProvince,R．China；2DepartmentofPhysics．XiamenUniversity,Xiamen361005．FujianProvince,P．R．China；3DepartmentofAppliedPhysics，Xi'anJiaotongUn

4、iversity,Xi'an710049,PR．China)Abstract：TheefectofstrainonthebandstructureoftheZnOmonolayerhasbeeninvestigatedbyfirst．principlescalculationsbasedondensityfunctionaltheory．TheresultsreveaIthatthebandstructureoftheZnOmonolayerpresentsdiferentdependencesonthreetypesofstrain．Thebandg

5、aplinearlyandsteeplyvariesunderMRiaxialzigzagcompressivestrainandarmchairtensilestrain．whileitshowsnonIineardependenceontheothertypesofstrain．Therefore，uniaxialzigzagcompressivestrainandarmchairtensilestrainshouldbethemostefectivetotunethebandgap．Thisworkhassignificantimplicatio

6、nsforapplicationofstraintotunetheopticaIandcatalyticpropertiesofZnOnanofilms．KeyWords：ZnO；Strain；Banqlstructure；First-principlescalculation1引言些性质使得它被广泛地应用在电子器件、气体传ZnO是一种直接宽禁带的半导体材料(常温时感器、太阳能电池、紫外激光器等领域．随着科学带隙：3．37eV，低温时Eg=3．44eV)，在常温常压技术的进步，不同的ZnO纳米结构~JZnO纳米薄下的最稳结构是纤锌矿结构．它具有很大的激

7、子结膜、纳米线、纳米管、纳米带等均在实验上获得合能(60meV)以及强压电、热电和发光等性质．这成功制备．Freeman等曾从理论上预言：当ZnO薄Received：March24，2015；Revised：June29，2015；PublishedonWeb：June30。20l5．Correspondingauthor．Email：yhwen@xmu．edu．cn．TheprojectwassupposedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina(10702056，11204252)andScient

8、ificResearchFundofSichuanProvincialEducationDep