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硅烯和锗烯中晶格维度和化学键特征研究方面取得新结果

    近期,我室曾雉研究员领导的课题组在硅烯和锗烯的声子特性、热膨胀和力学性能的热效应方面取得新进展。相关研究结果发表在《物理评论B》(Physical Review B 91, 205433 (2015).)杂志上。与石墨烯比较,硅烯和锗烯更易于功能化,更容易与现有的半导体硅工业技术结合,有望在电子、光学器件等领域发挥重要作用。功能化的和未功能化的硅烯和锗烯的热膨胀和力学性能的热效应对于相关电子/光学器件的性能和寿命十分重要。曾雉研究员小组研究了晶格维度和化学键特征在硅烯和锗烯的晶格动力学中所起的作用。其研究结果表明,化学键弯曲导致负的声学格林艾森常数,而化学键拉伸导致正的光学格林艾森常数。化学功能化引起的层厚增加趋向于增加声学格林艾森常数,光学格林艾森常数随着化学键强度的减弱而减小。拥有负格林艾森常数的声子模式的热激发导致负的热膨胀,然而在力学性能的热效应里,声子模式的热激发和热膨胀会彼此竞争。对硅烯和锗烯功能化,使得其结构和电子响应十分敏感,这将有助于获得二维材料晶格动力普适的物理图像。

图 1. 硅烯(a)、锗烯(b)、氢化硅烯(c)和氢化锗烯(d)的声子谱、声子态密度和格林艾森常数。

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