磷烯/a-SiO₂ 界面中 H₂O 的掺入：第一性原理研究
介观与纳米尺度物理
2017-01-04 v1
摘要
基于第一性原理计算，我们研究了 (i) 吸附在非晶二氧化硅表面上的单层磷烯 (SLP/a-SiO₂) 以及 (ii) 水分子在磷烯/a-SiO₂ 界面处的进一步掺入的能量稳定性和电子性质。在 (i) 中，我们发现磷烯片层通过范德华相互作用与 a-SiO₂ 结合，即使在表面存在氧空位的情况下也是如此。SLP/a-SiO₂ 体系呈现 I 型能带对齐，磷烯的价带顶（导带底）位于 a-SiO₂ 衬底的能隙内。结构和表面势的起伏促进了磷烯片层上以及 SLP/a-SiO₂ 界面处富电子区和贫电子区的形成。a-SiO₂ 中氧空位的存在增强了这种电荷密度不均匀分布。在 (ii) 中，由于表面的非晶结构，我们考虑了水分子嵌入 SLP/a-SiO₂ 界面的多种可能几何构型。在 a-SiO₂ 表面上形成羟基 (OH) 基团在能量上是有利的。同时，在磷烯片层中存在含氧水或间隙氧的情况下，我们发现形成了与磷烯键合的亚稳态 OH，以及在 SLP/a-SiO₂ 界面处形成了能量稳定的 P--O--Si 化学键。此外，我们还进行了 X 射线吸收谱 (XAS) 模拟，旨在提供界面区域形成羟基或 P--O--Si 化学键的氧原子的额外结构/电子信息。
引用
@article{arxiv.1608.08579,
title = {H2 O incorporation in the phosphorene/a-SiO2 interface: A first-principles study},
author = {Wanderla L. Scopel and Everson S. Souza and R. H. Miwa},
journal= {arXiv preprint arXiv:1608.08579},
year = {2017}
}