au衬底上p4团簇结构演化的计算研究(附件)【字数：8554】
摘 要摘 要 蓝磷已成为一种迅速发展起来的二维材料。通过化学气相沉积（CVD）在晶格匹配的衬底上，有课题组报告可以通过分子束外延方法在Au（111）衬底上合成单层蓝磷，该结构已经通过低温扫描隧道显微镜（STM）显示，并结合密度泛函理论（DFT）计算，给出了可能的一种生长机制。但是详细的蓝磷在Au(111)衬底上的生长机理并没有报道。本文采用基于DFT理论的siesta计算程序包，模拟研究了P原子在Au(111)衬底上的优化和动力学聚集过程关键词Au（111）衬底、蓝磷、DFT计算Abstract
Keywords: Au(111) substrate, blue phosphorus, DFT calculation 目 录
第一章 绪论1
1.1 二维单层材料的发展现状1
1.2 二维磷膜的发展及其应用3
第二章 Siesta软件计算的原理7
2.1 第一性原理及密度泛函理论7
2.2 Siesta软件的使用及计算参数说明8
第三章 Au衬底上P4团簇结构演化的计算研究 9
3.1 建立Au(111)和P4团簇模型9
3.2 编写Siesta程序运行代码12
3.3 数据处理14
3.4 结果与讨论16
第四章 总结与展望 17
致谢17
参考文献18
绪论
1.1 二维单层材料的发展现状
1.1.1 什么是二维单层材料
较零维、一维、三维材料，二维单层材料结构特征的独特使其具有优异的化学和物理性质和广阔的应用前景。具有原子厚度的二维（2D）材料，由于它们新颖独特性质已经成功吸引了很多人的研究兴趣。
通常，2D材料可以通过从层状或非层状材料的物理和化学方式获得（如石墨烯、磷腈、氮化硼片、过渡金属二硫化物单层和硅化物和氧化锌单层等。）然而,它仍是一个有趣的问题,探索和设计二维材料仍然具有诸多的挑战性。
1.1.2 石墨烯的发现
石墨烯在发现前被认为是不可能存在的，因为单层原子的二维结构会因为外界进行的热交换会使原子动能改变，从而原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
子无法结合，变得很不稳定。统计物理中 MerminWagner 定理表明任何具备连续对称性的二维热力学系统，在非零温下，其连续对称性不能够产生自发破缺。从 MerminWagner 定理中我们可以知道，在非零温度下这种情况并不能够发生。物理解释为：当小于等于二维时，如果出现了有序（连续对称性破缺），玻色子（Goldstone） 的总能量发散，以至于可能会破坏有序。对于约束在二维平面上的一堆原子，之所以相互之间都对所处在空间的绝对位置没有依赖，并且也没有外加的场，是因为其之间的相互作用。此系统就具备空间的平移对称性，同时将全部的原子恣意平移一个距离，全部的原子任然感受不到任何不同。如果这堆原子犹如墨烯一样形成了周期性晶格，咱们便可以看到，同时将全部的原子恣意平移一个距离后，除了晶格周期的平移按整数倍进行，会导致整个系统的状态都发生了变换。即连续的空间平移对称性破缺，但对称的结果没有被对称的原因所影响。所以直到现在获取石墨烯的方法还是用人工合成。
英文的graphite(石墨)和 ene(烯类结尾)构成了石墨烯（Graphene）的命名，石墨烯是一种二维晶体，实验已经表明结构非常稳定，是由碳原子按照六边形进行排布并且互相连接构成的一种蜂窝状结构，碳碳键仅仅只有1.42?。一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而成，这就是我们平时所见的石墨，但是石墨的层间作用力较弱，比较容易互相剥离，形成了薄薄的石墨片，当石墨片被剥成单层后，这种只有一个碳原子厚度的单层便是石墨烯。自从2004年康斯坦丁诺沃肖洛夫、英国曼彻斯特大学安德烈海姆教授两位科学家发现了石墨烯，因为石墨烯具有韧性好、强度高、重量轻等众多惊人的优良性能很快引起了世人的关注，而石墨烯的发现，两位科学家荣获了2010年诺贝尔物理学奖。安德烈海姆曾经这样描述石墨烯：“它可以被无限拉伸，弯曲到很大角度也不会断裂，在可以抵抗很大压力的同时具有非比寻常的导热性和导电性”。因此石墨烯被人们公认是能彻底改变21世纪的新型材料。在近几年里，关于石墨烯的研究炙手可热，石墨烯也被认为是“具有革命性意义的材料”和“二十一世纪的材料之王”，因为它在能源、生物技术、航天航空等领域都具有极其广泛的应用前景，来自世界各地的研究人员竭尽所能的尝试着将它应用于生物医药、微电子、环保、能源材料和航空航天等诸多领域，石墨烯即将掀起一波又一波全球颠覆性的热潮。
Keywords: Au(111) substrate, blue phosphorus, DFT calculation 目 录
第一章 绪论1
1.1 二维单层材料的发展现状1
1.2 二维磷膜的发展及其应用3
第二章 Siesta软件计算的原理7
2.1 第一性原理及密度泛函理论7
2.2 Siesta软件的使用及计算参数说明8
第三章 Au衬底上P4团簇结构演化的计算研究 9
3.1 建立Au(111)和P4团簇模型9
3.2 编写Siesta程序运行代码12
3.3 数据处理14
3.4 结果与讨论16
第四章 总结与展望 17
致谢17
参考文献18
绪论
1.1 二维单层材料的发展现状
1.1.1 什么是二维单层材料
较零维、一维、三维材料，二维单层材料结构特征的独特使其具有优异的化学和物理性质和广阔的应用前景。具有原子厚度的二维（2D）材料，由于它们新颖独特性质已经成功吸引了很多人的研究兴趣。
通常，2D材料可以通过从层状或非层状材料的物理和化学方式获得（如石墨烯、磷腈、氮化硼片、过渡金属二硫化物单层和硅化物和氧化锌单层等。）然而,它仍是一个有趣的问题,探索和设计二维材料仍然具有诸多的挑战性。
1.1.2 石墨烯的发现
石墨烯在发现前被认为是不可能存在的，因为单层原子的二维结构会因为外界进行的热交换会使原子动能改变，从而原 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
子无法结合，变得很不稳定。统计物理中 MerminWagner 定理表明任何具备连续对称性的二维热力学系统，在非零温下，其连续对称性不能够产生自发破缺。从 MerminWagner 定理中我们可以知道，在非零温度下这种情况并不能够发生。物理解释为：当小于等于二维时，如果出现了有序（连续对称性破缺），玻色子（Goldstone） 的总能量发散，以至于可能会破坏有序。对于约束在二维平面上的一堆原子，之所以相互之间都对所处在空间的绝对位置没有依赖，并且也没有外加的场，是因为其之间的相互作用。此系统就具备空间的平移对称性，同时将全部的原子恣意平移一个距离，全部的原子任然感受不到任何不同。如果这堆原子犹如墨烯一样形成了周期性晶格，咱们便可以看到，同时将全部的原子恣意平移一个距离后，除了晶格周期的平移按整数倍进行，会导致整个系统的状态都发生了变换。即连续的空间平移对称性破缺，但对称的结果没有被对称的原因所影响。所以直到现在获取石墨烯的方法还是用人工合成。
英文的graphite(石墨)和 ene(烯类结尾)构成了石墨烯（Graphene）的命名，石墨烯是一种二维晶体，实验已经表明结构非常稳定，是由碳原子按照六边形进行排布并且互相连接构成的一种蜂窝状结构，碳碳键仅仅只有1.42?。一层层以蜂窝状有序排列的平面碳原子堆叠而成，这就是我们平时所见的石墨，但是石墨的层间作用力较弱，比较容易互相剥离，形成了薄薄的石墨片，当石墨片被剥成单层后，这种只有一个碳原子厚度的单层便是石墨烯。自从2004年康斯坦丁诺沃肖洛夫、英国曼彻斯特大学安德烈海姆教授两位科学家发现了石墨烯，因为石墨烯具有韧性好、强度高、重量轻等众多惊人的优良性能很快引起了世人的关注，而石墨烯的发现，两位科学家荣获了2010年诺贝尔物理学奖。安德烈海姆曾经这样描述石墨烯：“它可以被无限拉伸，弯曲到很大角度也不会断裂，在可以抵抗很大压力的同时具有非比寻常的导热性和导电性”。因此石墨烯被人们公认是能彻底改变21世纪的新型材料。在近几年里，关于石墨烯的研究炙手可热，石墨烯也被认为是“具有革命性意义的材料”和“二十一世纪的材料之王”，因为它在能源、生物技术、航天航空等领域都具有极其广泛的应用前景，来自世界各地的研究人员竭尽所能的尝试着将它应用于生物医药、微电子、环保、能源材料和航空航天等诸多领域，石墨烯即将掀起一波又一波全球颠覆性的热潮。
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