二维本征与缺陷GeO2抗氧化性的第一性原理研究
材料科学
2025-09-03 v1
摘要
尽管与传统二维材料相比，二维（2D）氧化物半导体表现出优异的抗氧化性，但在原子尺度上主导这一行为的微观物理过程仍不明确。利用第一性原理计算，我们研究了GeO单层（ML）的缺陷形成与氧化动力学。研究表明，本征GeO ML由于表面氧离子与靠近的O分子之间存在强烈的静电排斥，有效抑制了化学吸附，从而具有抗氧化性。相反，具有表面氧空位的缺陷GeO ML易被氧化，O分子通过0.375 eV的低活化能（）占据该空位。值得注意的是，随后O解离为原子形态面临更高的活化势垒（ = 1.604 eV），表明其具有自限制氧化行为。电子结构分析表明，氧化主要通过氧掺入改变缺陷GeO ML的价带，而导带和电子有效质量恢复至接近本征状态的特征。我们进一步证明，高O压力阻碍了氧空位的形成，而高温增加了GeO ML的氧化速率。这些原子尺度的见解不仅推进了我们对二维氧化物抗氧化性的理解，也为开发稳定的GeO基纳米电子器件提供了指导。
引用
@article{arxiv.2509.00756,
title = {First principles study on the oxidation resistance of two-dimensional intrinsic and defective GeO2},
author = {Xixiang Zhang and Xinmei Yu and Liang Ma and Yanfeng Ge and Yong Liu and Wenhui Wan},
journal= {arXiv preprint arXiv:2509.00756},
year = {2025}
}