石墨烯与金属之间相互作用和电荷转移的第一性原理研究

测量通过石墨烯片的电子输运必然涉及将其与金属电极接触。我们利用密度泛函理论水平的第一性原理计算，研究了石墨烯在金属基底上的吸附。石墨烯与 Al、Ag、Cu、Au 和 Pt(111) 表面的键合非常弱，以至于其独特的“超相对论性”电子结构得以保留。然而，这种相互作用确实导致了电荷转移，使得费米能级相对于锥点移动高达 0.5 eV。从 p 型掺杂到 n 型掺杂的转变发生在功函数约为 5.4 eV 的金属上，该值远大于独立石墨烯的功函数（4.5 eV）。我们建立了一个简单的解析模型，用金属基底功函数来描述石墨烯中的费米能级移动。石墨烯与 Co、Ni、Pd 和 Ti 的相互作用更强，结合更紧密。这种化学吸附涉及石墨烯 $p_z$ 态与金属 d 态之间的杂化，从而在石墨烯中打开一个带隙。结果，石墨烯的功函数显著降低。在面内电流器件几何结构中，这应导致石墨烯的 n 型掺杂。