1. 研究目的与意义（文献综述）

随着2004年石墨烯的问世，国内外掀起了二维材料在物理化学领域中的研究热潮[1]。由于二维材料的边界是一维的，其边界的拓扑性质吸引了广泛的关注。在过去的十年中，新型的二维材料层次不穷，例如在2d蜂窝结构上具有强共价键并且在不同平面之间具有弱键的h-bn,其还具有轻微的离子性，在光电性质方面表现出优于其它材料的独特性质，能极大地满足技术上的各种需求[2-3]；还有继石墨烯之后被提出和制备出的硅烯，其禁带宽度为零，这与石墨烯类似并且很大程度上限制了其在开关器件上的应用[4-5]；随后问世的二维过渡金属二硫化物纳米材料所展现出的性质同石墨烯存在一定的差异，且在一定程度上弥补了石墨烯的不足,与石墨烯和硅烯相比，二维过渡金属二硫化物纳米材料具有1~2ev可调控的带隙范围，使其在光致发光、吸收光谱以及光伏效应等性质上相较于过渡金属二硫化物有所改变。直接的能带带隙对光的吸收和发射都有很大的影响，使其在场效应晶体管和光电器件领域中有相当大的应用前景[6-12]。除此之外，还有有机二维层纳米材料，目前有许多研究人员正在努力探索这类二维材料的制备方式，并且在有机二维材料的制备上建立了自上而下和自下而上的两种类型的方法，其优秀的物理化学性能使得这类二维材料有望被广泛应用与电子器件、催化和小分子识别等诸多方面[13]。

最近，已经做了相当大的努力去探索二维v族材料例如磷烯、砷烯和锑烯。由于他们独特的结构和新颖的特性，这些材料在柔性电子器件、电池电极器件和光电子器件中具有潜在的应用。最近将对2d材料的搜索扩大到与v族相邻的元素，即iv-vi二元化合物。到目前为止，大部分研究涉及ge基和sn基单层，如ges，gese，sns和snse。例如，ulaganathan 等人发现了ges纳米片的场效应晶体管具有更高的光电流、更宽光谱范围和长期稳定性，这些晶体管对于未来的光电应用是有前途的。tan等人研究了用于催化应用的层状ges的电化学性质。胡等发现变形的nacl型gese单层是具有可调谐直接带隙和小载流子有效质量的半导体。ramasamy 等人已经合成了用于高灵敏度光电探测器的ges和gese的二维纳米片。shi等人从理论上预测单层和双层的snse和gese是在超薄膜光伏应用的上有前景的材料。tritsaris等人研究了sns的光电特性与层数的关系，发现sns无毒，可用于高效光伏电池。li等人和ma 等人最近合成了snse的二维纳米片。目前，在snse上的最重要的发现是，无论是体积和单层材料上都显现出在热电效率上的巨大潜力。gomes等人从理论上分析了它们的电子，光学和压电性质。fei等人预测这些具有巨大压电效应的二维结构可能是压电应用的有希望的候选者。singh等人研究了用于光电子和太阳能转换的iv族单硫族元素族[14-16]。

硅烯是目前被广泛研究的一种二维材料，原始状态的硅烯没有带隙，硅基二元体系与之相比的优势即在于它具有有限的带隙，同时与硅基半导体工艺也有很好的兼容性，因此在硅基二元化合物中寻找二维材料具有重要的应用前景。目前，有研究报道了单层硅硫化物sis与黑磷形成的异质结构sis-p作为电子器件的可能性，而有关单层硅碲化物的研究还很少。si₂te₃一直被认为是si-te体系中的唯一晶体[17]，但近年来有研究表明组分比为1:1的site及其二维单层结构有可能被制备出来且能稳定存在。论文主要工作即利用第一性原理计算，构建site的两种先前未知的两种可能结构：α-site和β-site，研究其电子特性的差异。在此基础上，对α-site和β-site的上下表面进行化学修饰，研究不同修饰原子对其电子结构的影响。

2. 研究的基本内容与方案

1. 研究内容：初步了解第一性原理计算原理和密度泛函理论，熟悉和掌握vasp软件包的使用。计算出合理的α-site和β-site晶体结构，计算α-site和β-site的能量，比较两种结构在实验中哪个更容易合成，研究其结构的合理性，然后进一步计算它们的电子结构和态密度，研究分析其能带结构以及si和te价电子在能带中的贡献。分别利用h原子和卤原子对α-site和β-site进行表面修饰，计算修饰前和修饰后两种模型电子特性的变化，通过态密度和原子间成键情况分析能带变化的原因。

2. 研究目标：通过计算α-site和β-site的能量，判断这两种结构那种更稳定，对合成实验进行指导。通过氢化和卤化对site二维层状材料的电子结构进行调控，期望对α-site和β-site几何结构、稳定性和电子结构带来好的影响。

3. 技术方案和措施：使用基于密度泛函的第一性原理的vasp软件包完成计算。首先，通过计算α-site和β-site两种构型的声子谱，确定其晶格动力学稳定性，接着利用广义梯度近似平面赝势方法，计算α-site和β-site结构的能量，比较两种结构的形成能，确定哪种结构更稳定。在此基础上，利用h原子和卤族原子对两种结构进行上下表面修饰，根据能带结构、态密度、差分电荷密度分布分析修饰原子对两种构型电子特性的影响。

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   3. 研究计划与安排

   第1-3周：查阅相关文献资料，明确研究内容和计划安排；确定方案，完成开题报告。

   第4-6周：学习利用vasp软件包进行材料电子特性理论计算的方法。

   第7-8周：研究α-site和β-site的晶体结构稳定性，计算能带和态密度。

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   4. 参考文献（12篇以上）

   [1] novoselov k s, geim a k, morozov s v, et al. electric field effect in atomically thin carbon films[j]. science, 2004, 306(5696):666.

   [2] 武明义, 孙强, 贾瑜,等. 二维石墨烯/h-bn异质结构负热膨胀性质的理论研究[j]. 中国材料进展, 2015, 34(z1):515-520.

   [3] radisavljevic, radenovic a, brivio j, et al. single-layer mos2 transistors [j] . nat nano, 2011, 6 : 147

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