二维P 3 Bi和PBi 3 电子结构调控模拟实验设计
发布时间：2021-11-26 13:47
固体物理学将材料的基础理论和实际应用十分紧密地结合在一起。为了使学生更加深入地理解材料的物质结构和电子性质,利用计算机软件构建结构模型和设计实验,将晶体结构可视化。针对两种二维单层材料PBi3和P3Bi,设计了3个实验:结构优化实验、能带分析实验和能带调控实验。计算结果表明,二维单层PBi3和P3Bi具有与可见光能量相匹配的适中带隙,分别为1.50 eV和1.03 eV,而且能够通过施加应变的方法得到有效调控,实现半导体-金属的转变。该实验设计不仅锻炼了学生文献查找能力和数据分析能力,而且有助于学生更加深入地理解材料的电子结构性质。
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(07)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
二维单层材料P3Bi和PBi3结构的俯视图和侧视图
130实验技术与管理图2单层材料能带结构图为直接带隙，电子更易于从价带跃迁到导带，有利于电子-空穴对的产生[13]。4能带调控实验材料在不同环境下，承受各种不同的外加载荷，如压缩、拉伸、弯曲和扭转等，会表现出不同的力学特征，而对二维材料施加应变也是调控其电子结构的有效手段[14]。本次实验以单层P3Bi和单层Bi3P为例，对材料施加压缩应变（ε<0）和拉伸应变（ε>0），并不断改变应变的大小，探索晶体结构和电子结构与应变的关系。图3直观地反映出总能量和相邻原子距离与应变的关系。在应变较小时（如–10%≤ε≤15%），总能量与应变呈抛物线关系，而相邻原子距离与应变呈线性关系，表明为弹性应变；而应变较大（如ε<–10%或ε>15%）时，总能量和相邻原子距离发生突变，为非弹性应变。非弹性应变会导致晶体结构不稳定，本文只讨论弹性应变对带隙大小的影响。图3表明，在不同应变下原子间的相对位置会随着应变的变化而变化，从而影响强度和原子间成键性质，最终使材料能带结图3单层P3Bi和PBi3的总能量以及相邻原子距离与应变的关系
130实验技术与管理图2单层材料能带结构图为直接带隙，电子更易于从价带跃迁到导带，有利于电子-空穴对的产生[13]。4能带调控实验材料在不同环境下，承受各种不同的外加载荷，如压缩、拉伸、弯曲和扭转等，会表现出不同的力学特征，而对二维材料施加应变也是调控其电子结构的有效手段[14]。本次实验以单层P3Bi和单层Bi3P为例，对材料施加压缩应变（ε<0）和拉伸应变（ε>0），并不断改变应变的大小，探索晶体结构和电子结构与应变的关系。图3直观地反映出总能量和相邻原子距离与应变的关系。在应变较小时（如–10%≤ε≤15%），总能量与应变呈抛物线关系，而相邻原子距离与应变呈线性关系，表明为弹性应变；而应变较大（如ε<–10%或ε>15%）时，总能量和相邻原子距离发生突变，为非弹性应变。非弹性应变会导致晶体结构不稳定，本文只讨论弹性应变对带隙大小的影响。图3表明，在不同应变下原子间的相对位置会随着应变的变化而变化，从而影响强度和原子间成键性质，最终使材料能带结图3单层P3Bi和PBi3的总能量以及相邻原子距离与应变的关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体物理教学中计算模拟实验的设计[J]. 刘小标,袁超,郑义兵,祁诗阳,张梦娇. 南方农机. 2019(17)
[2]“固体物理基础”教学方法研究[J]. 郭星原,李萍. 大学物理. 2018(11)
[3]磁性荧光纳米球的制备及其对细胞的识别和捕获[J]. 温聪颖,杜正坤,吴玲玲. 实验技术与管理. 2018(02)
[4]晶体模拟软件及单晶定向仪联用开展晶体结构实验教学[J]. 李凌云,于岩. 实验技术与管理. 2017(12)
[5]Photoshop在绘制化学结构图形中的应用[J]. 苟兴龙,李容. 化学教育. 2003(05)
本文编号：3520270
【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(07)北大核心
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
二维单层材料P3Bi和PBi3结构的俯视图和侧视图
130实验技术与管理图2单层材料能带结构图为直接带隙，电子更易于从价带跃迁到导带，有利于电子-空穴对的产生[13]。4能带调控实验材料在不同环境下，承受各种不同的外加载荷，如压缩、拉伸、弯曲和扭转等，会表现出不同的力学特征，而对二维材料施加应变也是调控其电子结构的有效手段[14]。本次实验以单层P3Bi和单层Bi3P为例，对材料施加压缩应变（ε<0）和拉伸应变（ε>0），并不断改变应变的大小，探索晶体结构和电子结构与应变的关系。图3直观地反映出总能量和相邻原子距离与应变的关系。在应变较小时（如–10%≤ε≤15%），总能量与应变呈抛物线关系，而相邻原子距离与应变呈线性关系，表明为弹性应变；而应变较大（如ε<–10%或ε>15%）时，总能量和相邻原子距离发生突变，为非弹性应变。非弹性应变会导致晶体结构不稳定，本文只讨论弹性应变对带隙大小的影响。图3表明，在不同应变下原子间的相对位置会随着应变的变化而变化，从而影响强度和原子间成键性质，最终使材料能带结图3单层P3Bi和PBi3的总能量以及相邻原子距离与应变的关系
130实验技术与管理图2单层材料能带结构图为直接带隙，电子更易于从价带跃迁到导带，有利于电子-空穴对的产生[13]。4能带调控实验材料在不同环境下，承受各种不同的外加载荷，如压缩、拉伸、弯曲和扭转等，会表现出不同的力学特征，而对二维材料施加应变也是调控其电子结构的有效手段[14]。本次实验以单层P3Bi和单层Bi3P为例，对材料施加压缩应变（ε<0）和拉伸应变（ε>0），并不断改变应变的大小，探索晶体结构和电子结构与应变的关系。图3直观地反映出总能量和相邻原子距离与应变的关系。在应变较小时（如–10%≤ε≤15%），总能量与应变呈抛物线关系，而相邻原子距离与应变呈线性关系，表明为弹性应变；而应变较大（如ε<–10%或ε>15%）时，总能量和相邻原子距离发生突变，为非弹性应变。非弹性应变会导致晶体结构不稳定，本文只讨论弹性应变对带隙大小的影响。图3表明，在不同应变下原子间的相对位置会随着应变的变化而变化，从而影响强度和原子间成键性质，最终使材料能带结图3单层P3Bi和PBi3的总能量以及相邻原子距离与应变的关系
【参考文献】：
期刊论文
[1]固体物理教学中计算模拟实验的设计[J]. 刘小标,袁超,郑义兵,祁诗阳,张梦娇. 南方农机. 2019(17)
[2]“固体物理基础”教学方法研究[J]. 郭星原,李萍. 大学物理. 2018(11)
[3]磁性荧光纳米球的制备及其对细胞的识别和捕获[J]. 温聪颖,杜正坤,吴玲玲. 实验技术与管理. 2018(02)
[4]晶体模拟软件及单晶定向仪联用开展晶体结构实验教学[J]. 李凌云,于岩. 实验技术与管理. 2017(12)
[5]Photoshop在绘制化学结构图形中的应用[J]. 苟兴龙,李容. 化学教育. 2003(05)
本文编号：3520270
本文链接：https://www.wllwen.com/jiaoyulunwen/shifanjiaoyulunwen/3520270.html
