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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

早在20世纪50年代起，人们就对黑磷有过相关的研究，近年来对其的研究更为频繁。己知黑磷有四种晶体结构：正交、菱形、简单立方和无定形。常温常压下，黑磷是正交晶型结构，每个单胞里有8个原子，跟石墨类似，黑磷也为片层结构，但与石墨不同的是，同一层内的原子不在同一平面上，呈一种蜂窝状的褶皱结构。层内，p原子与周围的3个原子通过彻杂化轨道相连，s-p轨道杂化使得褶皱层状结构十分稳定。层内具有较强的共价键，并还留有单个的电子对，因此每个原子都是饱和的，层与层之间原子靠范德华力作用。

单层黑磷是磷的一种同素异形体，结构上有块状和二维单晶结构两种。目前被广泛研究的，可与石墨烯媲美的“梦幻材料”为二维单晶结构黑磷。黑磷单层二维单晶称为黑磷烯。黑磷二维单晶片层由褶皱状单层原子组成，厚度为一个原子，具有直接带隙，与硅有较好的相容性。黑磷的直接带隙可随层数调节，可在绝缘和导电两种状态中转换，加上黑磷电子迁移速度快，有望在光电领域得到广泛应用。而且，黑磷的直接带隙使其光学性能优越，可以和光直接耦合，构筑新一代光电器件。黑磷还具有独特的力学、电学和热学各向异性，在多个领域展现出巨大的应用潜力。

最近，单层黑磷(bp)展现了巨大的技术潜力，特别是机械和光电性质的独特组合。一方面，这些自动薄膜可以承受的压力高达10% -25%，并且没有塑性变形或断裂。这与大多数失效机械压力约0.1 % - -0.4%的半导体形成鲜明对比。另一方面，这些材料具有范围大的光学活性直接带隙。单层黑磷在二维晶体领域特别重要，因为它是唯一直接带隙之间的覆盖范围达0.3 ev和2.0 ev并随着层数减少，而且其拥有高流动性，这些特性可用于高速数字电路设计、射频电路、灵活和打印系统和光电设备。由此可见黑磷应用前景广阔。

2. 研究的基本内容

单层黑磷作为一种新型的纳米干二维材料，且拥有一个直接的带隙，及其许多方面都具有很优良的特性，已经在多个领域被投入使用，被认为极有可成为能代替石墨烯的一种材料。隧穿效应作为量子力学中一种独特的现象，早在20世纪初期就进入了人们的视野，本文具体分析单层黑磷材料的隧穿特性，具体研究内容如下：

(1) 通过哈密顿量求解久期方程，得出单层黑磷的能带结构和本征波函数。

(2) 通过matlab画图，详细分析单层黑磷的能带结构，分析各向异性。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

4. 参考文献

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