许钟华, 牙莉荀, 黄宝丹, 劳妃玲, 房慧, 陈春燕

(广西民族师范学院 数理与电子信息工程学院, 崇左 532200)

1 引 言

氧化锌(ZnO)是一种直接带隙的宽禁带半导体, 禁带宽度高达3.37 eV, 激子束缚能达60 meV, 具有优良的光电性质, 因在光电领域有着极大的应用潜力而备受关注[1]. 2004年, 单层石墨烯的发现使得人们认识了新的材料世界——二维材料世界. 二维材料展示出了许多新奇的特性, 如电子特性的增强、优良的机械强度和光学透明性质等并掀起了研究热潮[2-5]. 二维ZnO结合了ZnO和二维材料的性质特点, 能够提供或产生新的材料特性. 但ZnO在常温常压下的稳定状态为纤锌矿结构, 属于典型的三维材料, 不属于层状结构的二维材料, 所以获取二维ZnO较为困难, 目前关于二维ZnO材料性质的研究还较为缺乏.

2005年, Claeyssens和Freeman研究组[6,7]最早提出了ZnO材料形成单层结构的模型, 即ZnO薄膜材料沿着钛 (0001)方向或者(000-1)方向的厚度变得足够小时, ZnO便会由非层状的三维结构转变成类似石墨烯的二维结构, 即变成g-ZnO. 随后, Tusche实验组[8]在Ag(111)面上得到双层g-ZnO结构, 证实了Claeyssens和Freeman研究组理论预测结果的正确性, 这为二维ZnO性质的研究提供了基础. 但就目前而言, 二维ZnO的特性还有待进一步的研究和挖掘, 关于二维三维ZnO能带结构和电子态密度的异同以及维度对材料性质的影响还未有研究组进行深入的研究. 因此本文利用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算方法[9,10], 研究三维和二维ZnO的能带结构和电子态密度, 揭示维度的改变对……