IV族元素在石墨烯、硅烯、锗烯、锡烯上的吸附：哑铃结构的形成

由周期性哑铃单元构成的硅烯和锗烯衍生物在这些蜂窝状结构的多层体系中起着至关重要的作用。基于密度泛函理论的第一性原理计算，我们研究了IV族原子吸附在石墨烯、硅烯、锗烯和锡烯单层蜂窝状结构上的哑铃形成机制与能量学。通过高温下的从头算分子动力学计算，进一步确认了这些结合结构的稳定性，但锡烯除外，它在吸附原子后会发生结构不稳定性。根据吸附原子和衬底的行数，我们发现了三种结合结构，它们会导致衬底的电子、磁性和光学性质发生显著变化。特别是，吸附在硅烯和锗烯上的Si、Ge和Sn原子会形成哑铃结构。此外，哑铃结构不仅出现在单层、单原子蜂窝状结构上，也出现在它们的化合物上，如SiC和SiGe。我们证明，由于原子的协同作用，哑铃结构迁移的能垒很低。这使得哑铃在衬底上相当容易移动，从而构建新的单层和多层Si和Ge相。