张国英,孟春雪,张安国

(沈阳师范大学 物理科学与技术学院,沈阳 110034)

0 引 言

2004年,Geim和Novoselov[1]通过快捷的机械方法从石墨中剥离出单层石墨烯引起了科学界的强烈关注,也因此打开了二维层状材料研究的大门。目前,人们能研究的二维层状材料主要包括以下四类[2]:1)类石墨烯家族,包括石墨烯、氢化或氟化石墨烯以及六方氮化硼等;2)具有半导体性质的硫族化合物(MoS2、WSe2等)以及金属性质的硫族化合物(TaS2·NbSe2等);3)层状结构的氧化物(WO3·MoO3等);(4)一些其他结构的层状材料,几乎能隙各个位置都能看到相应二维材料的身影。这时,被称为“白石墨烯”的六方氮化硼(h-BN)因与石墨烯相似的结构并且展现出良好的绝缘性而在近几年的研究热潮中脱颖而出。单层石墨烯是零带隙的金属,而单层六方氮化硼是带隙较大的绝缘体。并且由于二维h-BN结构具有光滑平整的表面,因而成为良好的绝缘衬底。二维材料范德华异质结在研究人员的关注下,实验上已成功地在h-BN基底上生长出石墨烯,且晶格失配度很小(约1.6%)[3-8],很多研究小组已成功制备出此类结构的小型器件[9-12]。因此,石墨烯/六方氮化硼范德华异质结(Graphene/BN,Gr/BN)的出现为石墨烯研究注入了新的活力。

由单层石墨烯与单层h-BN 组成的异质双层纳米材料可以使零带隙的石墨烯转化为小带隙半导体材料。Giovannetti等[13]通过从头计算的密度泛函理论预测双层Gr/BN可以打开53meV的带隙。Zhong等[14]通过第一性原理计算AB型的堆垛方式最稳定。Fan等[15]采取2种不同方法研究双层Gr/BN,也表明AB型堆垛方式最稳定。……