[发明专利]一种二维材料纳米带边界重构结构预测方法

说明书

本发明公开了一种二维材料纳米带边界重构预测方法，涉及纳米材料重构预测技术领域，主要包括：输入二维材料纳米带模型；利用PSO随机搜索二维材料纳米带模型边界重构结构；利用VASP软件对重构结构进行优化，在优化后的边界重构结构中筛选能量最低的边界重构结构；分析边界重构结构的稳定性，筛选获得最佳的边界重构结构；在最佳边界重构结构基础上，向边界重构结构靠近边界处添加不同数目的原子；采用VASP软件对添加原子的边界重构结构进行结构优化，计算边界重构结构的相对能，筛选出二维材料纳米带的最佳生长路径。本发明采用全局搜索软件CALYPSO，可以在只知道原子类型、原子数目及原子添加范围的情况下，预测尽可能全面的边界重构结构。

技术领域

本发明涉及纳米材料重构预测技术领域，特别是涉及一种二维材料纳米带边界重构结构预测方法。

背景技术

在石墨烯产生的十周年纪念日，一种全新的单元素二维材料磷烯被成功制备并引起了极大关注。与石墨烯不同的是，二维磷烯是一种有前景的半导体，具有0.59电子伏(五层)到1.51电子伏(单层)的直接带隙。另外，它特殊的正交结构(类似于波纹纸片)导致平面内各向异性。与层数有关的带隙和各向异性特点使其在光电子、晶体管和其它电子器件方面广泛应用。例如，基于黑磷的场效应晶体管具有10⁵的开关比，并且载流子迁移率高达1000cm²V^-1s^-1。

众所周知，三维材料的表面与其动能、电子性质及化学性质密切相关，同样，二维材料的边界也应该与它们的电子性质及化学性质有关。因为已经有研究表明二维材料的边界明显影响其电子性质，如Z字型磷烯纳米带具有金属性质，而扶手椅型磷烯纳米带是半导体。

一般来说，切开的纳米带由于存在悬挂键，通常是不稳定的，为了饱和悬挂键，边界原子要重新排列，也就是所谓的重构。重构的边界会导致明显不同的电子性质、光学性质及磁性等。因此，揭示二维材料可能的边界重构结构是必不可少的。

以前有许多研究已经揭示了一些二维材料的边界重构，如石墨烯纳米带、磷烯纳米带、MoS₂纳米带等，但是这些研究基本都是人为考虑尽可能多的重构结构手动构建重构模型，全局性的搜索边界重构方法仍然没有。由于在二维蜂窝状晶格中，扶手椅型边界的悬挂键之间距离比较短，重构结构相对较简单，但是Z字型边界的悬挂键之间距离较远，尤其像一些原子不在同一平面的二维材料，重构结构相对会很复杂。因此，提出一种预测二维材料纳米带边界重构结构的方法是很有必要的。

发明内容

本发明实施例提供了一种二维材料纳米带边界重构结构预测方法，可以解决现有技术中存在的问题。

本发明提供了一种二维材料纳米带边界重构预测方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，输入二维材料纳米带模型；

步骤2，利用粒子群优化算法PSO随机搜索二维材料纳米带模型的边界重构结构，得到若干差异二维材料纳米带边界重构结构；

步骤3，利用VASP软件对若干差异二维材料纳米带边界重构结构进行优化，在优化后的二维材料纳米带边界重构结构中筛选能量最低的纳米带边界重构结构；

步骤4，根据边界形成能和二维材料原子的最外层价电子数及成键方式，分析能量最低的纳米带边界重构结构的稳定性，筛选获得最佳的边界重构结构。

本发明中的一种二维材料纳米带边界重构结构预测方法，具有以下优点：

采用全局搜索软件CALYPSO，可以无偏见地，在只知道原子类型、原子数目及原子添加范围的情况下，随机搜索尽可能全面的边界重构结构，解决了现有技术人为考虑尽可能多的重构结构，采用手工搭建重构结构的方式存在的缺点。

附图说明