应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究

汪志刚 曾祥明 张杨 黄娆 文玉华

引用本文: 汪志刚, 曾祥明, 张杨, 黄娆, 文玉华. 应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究[J]. 物理化学学报, 2015, 31(9): 1677-1682. doi: 10.3866/PKU.WHXB201506301 shu
Citation:  WANG Zhi-Gang, ZENG Xiang-Ming, ZHANG Yang, HUANG Rao, WEN Yu-Hua. First-Principles Study of Effect of Strain on the Band Structure of ZnO Monolayer[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2015, 31(9): 1677-1682. doi: 10.3866/PKU.WHXB201506301 shu

应变调控单层氧化锌能带结构的第一性原理研究

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(10702056, 11204252) (10702056, 11204252)

    四川省教育厅(12ZA072)资助项目 (12ZA072)

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. 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.

English

    1. [1]

      (1) Wang, Z. L. ZnO Bulk, Thin Films and Nanostructures; Elsevier: Oxford, 2006.

      (1) Wang, Z. L. ZnO Bulk, Thin Films and Nanostructures; Elsevier: Oxford, 2006.

    2. [2]

      (2) Schmidt-Mende, L.; MacManus-Driscoll, J. L. Mater. Today 2007, 10 (5), 40. doi: 10.1016/S1369-7021(07)70078-0(2) Schmidt-Mende, L.; MacManus-Driscoll, J. L. Mater. Today 2007, 10 (5), 40. doi: 10.1016/S1369-7021(07)70078-0

    3. [3]

      (3) Wang, D. L.; Ruan, Y. F.; Zhang, L. C.; Yang, H. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3369. [王丹丽, 阮永丰, 张灵翠, 杨红波. 物理化学学报, 2010, 26, 3369.] doi: 10.3866/PKU. WHXB20101202(3) Wang, D. L.; Ruan, Y. F.; Zhang, L. C.; Yang, H. B. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3369. [王丹丽, 阮永丰, 张灵翠, 杨红波. 物理化学学报, 2010, 26, 3369.] doi: 10.3866/PKU. WHXB20101202

    4. [4]

      (4) Li, X. Q.; Fan, Q. F.; Li, G. L.; Huang, Y. H.; Gao, Z.; Fan, X. M.; Zhang, C. L.; Zhou, Z. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 783. [李湘奇, 范庆飞, 李广立, 黄瑶翰, 高照, 范希梅, 张朝良, 周祚万. 物理化学学报, 2015, 31, 783.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502062(4) Li, X. Q.; Fan, Q. F.; Li, G. L.; Huang, Y. H.; Gao, Z.; Fan, X. M.; Zhang, C. L.; Zhou, Z. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2015, 31, 783. [李湘奇, 范庆飞, 李广立, 黄瑶翰, 高照, 范希梅, 张朝良, 周祚万. 物理化学学报, 2015, 31, 783.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201502062

    5. [5]

      (5) Freeman, C. L.; Claeyssens, F.; Allan, N. L.; Harding, J. H. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 066102. doi: 10.1103/PhysRevLett. 96.066102(5) Freeman, C. L.; Claeyssens, F.; Allan, N. L.; Harding, J. H. Phys. Rev. Lett. 2006, 96, 066102. doi: 10.1103/PhysRevLett. 96.066102

    6. [6]

      (6) Tusche, C.; Meyerheim, H. L.; Kirschner, J. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 026102. doi: 10.1103/PhysRevLett.99.026102(6) Tusche, C.; Meyerheim, H. L.; Kirschner, J. Phys. Rev. Lett. 2007, 99, 026102. doi: 10.1103/PhysRevLett.99.026102

    7. [7]

      (7) Weirrum, G.; Barcaro, G.; Fortunelli, F.; Weber, F.; Schennech, R.; Surnev, S.; Netzer, F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 15432. doi: 10.1021/jp104620n(7) Weirrum, G.; Barcaro, G.; Fortunelli, F.; Weber, F.; Schennech, R.; Surnev, S.; Netzer, F. J. Phys. Chem. C 2010, 114, 15432. doi: 10.1021/jp104620n

    8. [8]

      (8) Topsakal, M.; Cahangirov, S.; Bekaroglu, E.; Ciraci, S. Phys. Rev. B 2009, 80, 235119. doi: 10.1103/PhysRevB.80. 235119(8) Topsakal, M.; Cahangirov, S.; Bekaroglu, E.; Ciraci, S. Phys. Rev. B 2009, 80, 235119. doi: 10.1103/PhysRevB.80. 235119

    9. [9]

      (9) Tu, Z. C. J. Comput. Theor. Nanos. 2010, 7, 1182. doi: 10.1166/jctn.2010.1470(9) Tu, Z. C. J. Comput. Theor. Nanos. 2010, 7, 1182. doi: 10.1166/jctn.2010.1470

    10. [10]

      (10) Kang, J.; Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Phys. Lett. A 2010, 374, 1054. doi: 10.1016/j.physleta. 2009.12.031(10) Kang, J.; Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Phys. Lett. A 2010, 374, 1054. doi: 10.1016/j.physleta. 2009.12.031

    11. [11]

      (11) Zheng, F. B.; Zhang, C. W.; Wang, P. J.; Luan, H. X. Curr. Appl. Phys. 2013, 13, 799. doi: 10.1016/j.cap. 2012.12.008(11) Zheng, F. B.; Zhang, C. W.; Wang, P. J.; Luan, H. X. Curr. Appl. Phys. 2013, 13, 799. doi: 10.1016/j.cap. 2012.12.008

    12. [12]

      (12) Qin, G. P.; Wang, X. Q.; Zheng, J.; Kong, C. Y.; Zeng, B. Comp. Mater. Sci. 2014, 81, 259. doi: 10.1016/j.commatsci. 2013.08.018(12) Qin, G. P.; Wang, X. Q.; Zheng, J.; Kong, C. Y.; Zeng, B. Comp. Mater. Sci. 2014, 81, 259. doi: 10.1016/j.commatsci. 2013.08.018

    13. [13]

      (13) Kan, E. J.; Xiang, H. J.; Wu, F.; Tian, C.; Lee, C.; Yang, J. L.; Whangbo, M. H. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 122503. doi: 10.1063/1.3491416(13) Kan, E. J.; Xiang, H. J.; Wu, F.; Tian, C.; Lee, C.; Yang, J. L.; Whangbo, M. H. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 122503. doi: 10.1063/1.3491416

    14. [14]

      (14) Si, H.; Pan, B. C. J. Appl. Phys. 2010, 107, 094313. doi: 10.1063/1.3374684(14) Si, H.; Pan, B. C. J. Appl. Phys. 2010, 107, 094313. doi: 10.1063/1.3374684

    15. [15]

      (15) Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 113114. doi: 10.1063/1.3104852(15) Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 113114. doi: 10.1063/1.3104852

    16. [16]

      (16) Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Phys. Lett. A 2010, 374, 2846. doi: 10.1016/j.physleta.2010.04.069(16) Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zheng, J. C.; Zhu, Z. Z. Phys. Lett. A 2010, 374, 2846. doi: 10.1016/j.physleta.2010.04.069

    17. [17]

      (17) Behera, H.; Mukhopadhyay, G. Phys. Lett. A 2012, 376, 3287. doi: 10.1016/j.physleta.2012.09.038(17) Behera, H.; Mukhopadhyay, G. Phys. Lett. A 2012, 376, 3287. doi: 10.1016/j.physleta.2012.09.038

    18. [18]

      (18) Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1993, 47, 558. doi: 10.1103/PhysRevB.47.558(18) Kresse, G.; Hafner, J. Phys. Rev. B 1993, 47, 558. doi: 10.1103/PhysRevB.47.558

    19. [19]

      (19) Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 10304. doi: 10.1103/PhysRevB.54.10304(19) Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 10304. doi: 10.1103/PhysRevB.54.10304

    20. [20]

      (20) Blochl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953. doi: 10.1103/PhysRevB.50.17953(20) Blochl, P. E. Phys. Rev. B 1994, 50, 17953. doi: 10.1103/PhysRevB.50.17953

    21. [21]

      (21) Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758.(21) Kresse, G.; Joubert, D. Phys. Rev. B 1999, 59, 1758.

    22. [22]

      (22) Perdew, J. P.; Chevary, J. A. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671. doi: 10.1103/PhysRevB.46.6671(22) Perdew, J. P.; Chevary, J. A. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671. doi: 10.1103/PhysRevB.46.6671

    23. [23]

      (23) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865(23) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 3865. doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

    24. [24]

      (24) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188(24) Monkhorst, H. J.; Pack, J. D. Phys. Rev. B 1976, 13, 5188. doi: 10.1103/PhysRevB.13.5188

    25. [25]

      (25) Gui, G.; Li, J.; Zhong, J. Phys. Rev. B 2008, 78, 075435.(25) Gui, G.; Li, J.; Zhong, J. Phys. Rev. B 2008, 78, 075435.

    26. [26]

      (26) Zhang, C.; Sarkar, A. D.; Zhang, R. Q. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23682. doi: 10.1021/jp206911b(26) Zhang, C.; Sarkar, A. D.; Zhang, R. Q. J. Phys. Chem. C 2011, 115, 23682. doi: 10.1021/jp206911b

    27. [27]

      (27) Wong, J. H.; Wu, B. R.; Lin, M. F. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8271.(27) Wong, J. H.; Wu, B. R.; Lin, M. F. J. Phys. Chem. C 2012, 116, 8271.

    28. [28]

      (28) Zheng, F. B.; Zhang, C. W.; Wang, P. J.; Luan, H. X. J. Appl. Phys. 2012, 111, 044329. doi: 10.1063/1.3688233(28) Zheng, F. B.; Zhang, C. W.; Wang, P. J.; Luan, H. X. J. Appl. Phys. 2012, 111, 044329. doi: 10.1063/1.3688233

    29. [29]

      (29) Wang, Z. G.; Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zhu, Z. Z. Acta Phys. Sin. 2010, 59, 2051. [汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. 物理学报, 2010, 59, 2051.](29) Wang, Z. G.; Zhang, Y.; Wen, Y. H.; Zhu, Z. Z. Acta Phys. Sin. 2010, 59, 2051. [汪志刚, 张杨, 文玉华, 朱梓忠. 物理学报, 2010, 59, 2051.]

    30. [30]

      (30) Yang, S.; Prendergast, D.; Neaton, J. B. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 152108. doi: 10.1063/1.3578193(30) Yang, S.; Prendergast, D.; Neaton, J. B. Appl. Phys. Lett. 2011, 98, 152108. doi: 10.1063/1.3578193

    31. [31]

      (31) Yadav, S. K.; Ramprasad, R. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 241903. doi: 10.1063/1.4729153(31) Yadav, S. K.; Ramprasad, R. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 241903. doi: 10.1063/1.4729153

    32. [32]

      (32) Chris, G.; Van de Walle, R. M. Phys. Rev. Lett. 1986, 62, 2028.(32) Chris, G.; Van de Walle, R. M. Phys. Rev. Lett. 1986, 62, 2028.

    33. [33]

      (33) Bhattacharya, A.; Bhattacharya, S.; Das, G. P. Phys. Rev. B 2011, 84, 075454. doi: 10.1103/PhysRevB.84.075454

      (33) Bhattacharya, A.; Bhattacharya, S.; Das, G. P. Phys. Rev. B 2011, 84, 075454. doi: 10.1103/PhysRevB.84.075454

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  278
  • 文章访问数:  1026
  • HTML全文浏览量:  52
文章相关
  • 发布日期:  2015-09-06
  • 收稿日期:  2015-03-24
  • 网络出版日期:  2015-06-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章