[发明专利]一种观测晶体材料二维形态步进剥离的方法

说明书

本发明公开了一种观测晶体材料二维形态步进剥离的方法，通过对目标晶体的空间群信息和结构对称性进行分析，实现对不同晶面堆积方式的自动划分，快速找到块体材料可能被剥离出二维形态的特征晶面，并准确定位晶面分离发生的临界位点，同时给出晶面分离临界点处界面耦合重构的细节，描绘出整个剥离过程中原子成键/断键及组态波函数的动态演化图像。本发明通过对晶体结构对称性、晶面原子密堆积以及波函数键合作用分析，得到材料的目标剥离晶面，并给出高精度晶体剥离数据，解决了晶体材料智能化剥离方法缺失的关键问题，大大加快了二维材料的研发效率。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种观测晶体材料二维形态步进剥离的方法。

背景技术

一个世纪以前，闪锌矿(zb)和纤锌矿(wz)等半导体被发现并得到了人们的高度关注。受益于优异的电子结构特性，这些化合物(如CdSe、ZnS等)在半导体工业中扮演着重要的角色，并引领了现代高速电子信息产业的发展。这些传统半导体可以通过许多方法来制备，总体归结为两种范式，即自下而上(bottom-up)和自上而下(top-down)的策略。前者是以做加法的方式，凭借较小的结构单元(如单个原子或分子)构建较大的结构体系，而后者是以减法方式裁切较大的材料至目标结构，以上是当下半导体制造中实现丰富器件结构和集成电路的经典途径。

随着人们对材料的小型化、智能化、新颖性和优越性要求的不断攀升，这些传统块状材料的尺寸逐渐被缩小，例如一维纳米线和二维纳米片。近些年来，二维材料在促进科技进步和产业转型方面表现出尤为显著的影响。从晶体结构的角度来看，二维材料可分为两类，即层状范德华材料和非范德华(非层状)材料。目前，大多数单层二维材料都是从其层状母体中获得的，例如MoS2和黑磷。对于实验中已知的三维晶体，只有一小部分呈现出层状结构，而大部分是非层状的。尽管大量的非层状材料呈现出丰富的物性，但实现其单层结构仍然是一个巨大的挑战。因为人们通常认为：打破非层状晶体内的强化学键是分离单层的必要条件，而层状材料只需要克服较弱的范德华相互作用即可实现剥离。值得注意的是，无论是层状还是非层状晶体，其不同晶面内原子的键合形式是不相同的。因此，值得深究的是在晶体材料中是否存在某种较“软”的晶面结构，使垂直于该晶面的单层结构可以很容易地实现分离。然而，目前二维材料的剥离方式主要还停留在传统的机械剥离模式，缺乏一套完整的从结构对称性和晶面成键特征出发，设计合理的剥离策略，尤其是实现对整个剥离过程动态观测的方法。因此开发一种观测晶体材料二维形态步进剥离的智能化方法尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种观测晶体材料二维形态步进剥离的方法，所述方法包括：

获取目标晶体结构数据文件；

根据所述目标晶体结构数据文件，分析特征晶面的原子堆积方式和成键类型，筛选成键相互作用弱的特征晶面；

沿垂直于晶面方向进行步进拉伸，通过如下公式(1)描述步进剥离过程：

其中，ΔE是拉伸过程中体系总能量的变化，E_(i,0)对应瞬时初态能量，E_(i,1)是晶面原子拉伸Δd位移且结构驰豫后的瞬时稳态总能量，A是特征晶面的尺寸面积；

根据公式(1)输出的结果确定晶面分离的临界点，所述晶面分离的临界点处能量变化满足规律E_(i,1)≤E_(i,0)；

对整个步进剥离过程的瞬时能量进行求和或积分直到界面分离的临界点处，以输出二维结构准确的剥离能数据E_C；

根据ΔE在临界点和最终收敛状态之间的数值差异，判断界面重构的程度。

进一步地，通过对称性分析和/或物相解析获取目标晶体结构数据文件。