[發明專利]一種二維材料納米帶邊界重構結構預測方法

在審

• 申請號: 202010326858.2
• 申請日: 2020-04-23
• 公開（公告）號: CN111524562A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 邵鵬;丁利蘋;張方輝;楊林泰;田董昀昊
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: G16C60/00
• 分類號: G16C60/00;G16C20/70;G16C20/20;G06N3/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 耿路

本發明公開了一種二維材料納米帶邊界重構預測方法，涉及納米材料重構預測技術領域，主要包括：輸入二維材料納米帶模型；利用PSO隨機搜索二維材料納米帶模型邊界重構結構；利用VASP軟件對重構結構進行優化，在優化后的邊界重構結構中篩選能量最低的邊界重構結構；分析邊界重構結構的穩定性，篩選獲得最佳的邊界重構結構；在最佳邊界重構結構基礎上，向邊界重構結構靠近邊界處添加不同數目的原子；采用VASP軟件對添加原子的邊界重構結構進行結構優化，計算邊界重構結構的相對能，篩選出二維材料納米帶的最佳生長路徑。本發明采用全局搜索軟件CALYPSO，可以在只知道原子類型、原子數目及原子添加范圍的情況下，預測盡可能全面的邊界重構結構。

技術領域

本發明涉及納米材料重構預測技術領域，特別是涉及一種二維材料納米帶邊界重構結構預測方法。

背景技術

在石墨烯產生的十周年紀念日，一種全新的單元素二維材料磷烯被成功制備并引起了極大關注。與石墨烯不同的是，二維磷烯是一種有前景的半導體，具有0.59電子伏(五層)到1.51電子伏(單層)的直接帶隙。另外，它特殊的正交結構(類似于波紋紙片)導致平面內各向異性。與層數有關的帶隙和各向異性特點使其在光電子、晶體管和其它電子器件方面廣泛應用。例如，基于黑磷的場效應晶體管具有10⁵的開關比，并且載流子遷移率高達1000cm²V^-1s^-1。

眾所周知，三維材料的表面與其動能、電子性質及化學性質密切相關，同樣，二維材料的邊界也應該與它們的電子性質及化學性質有關。因為已經有研究表明二維材料的邊界明顯影響其電子性質，如Z字型磷烯納米帶具有金屬性質，而扶手椅型磷烯納米帶是半導體。

一般來說，切開的納米帶由于存在懸掛鍵，通常是不穩定的，為了飽和懸掛鍵，邊界原子要重新排列，也就是所謂的重構。重構的邊界會導致明顯不同的電子性質、光學性質及磁性等。因此，揭示二維材料可能的邊界重構結構是必不可少的。

以前有許多研究已經揭示了一些二維材料的邊界重構，如石墨烯納米帶、磷烯納米帶、MoS₂納米帶等，但是這些研究基本都是人為考慮盡可能多的重構結構手動構建重構模型，全局性的搜索邊界重構方法仍然沒有。由于在二維蜂窩狀晶格中，扶手椅型邊界的懸掛鍵之間距離比較短，重構結構相對較簡單，但是Z字型邊界的懸掛鍵之間距離較遠，尤其像一些原子不在同一平面的二維材料，重構結構相對會很復雜。因此，提出一種預測二維材料納米帶邊界重構結構的方法是很有必要的。

發明內容

本發明實施例提供了一種二維材料納米帶邊界重構結構預測方法，可以解決現有技術中存在的問題。

本發明提供了一種二維材料納米帶邊界重構預測方法，該方法包括以下步驟：

步驟1，輸入二維材料納米帶模型；

步驟2，利用粒子群優化算法PSO隨機搜索二維材料納米帶模型的邊界重構結構，得到若干差異二維材料納米帶邊界重構結構；

步驟3，利用VASP軟件對若干差異二維材料納米帶邊界重構結構進行優化，在優化后的二維材料納米帶邊界重構結構中篩選能量最低的納米帶邊界重構結構；

步驟4，根據邊界形成能和二維材料原子的最外層價電子數及成鍵方式，分析能量最低的納米帶邊界重構結構的穩定性，篩選獲得最佳的邊界重構結構。

本發明中的一種二維材料納米帶邊界重構結構預測方法，具有以下優點：

采用全局搜索軟件CALYPSO，可以無偏見地，在只知道原子類型、原子數目及原子添加范圍的情況下，隨機搜索盡可能全面的邊界重構結構，解決了現有技術人為考慮盡可能多的重構結構，采用手工搭建重構結構的方式存在的缺點。

附圖說明