理解六方氮化硼平衡形状缺失的环节：算法、氢钝化与温度效应
材料科学
2018-08-31 v1 计算物理
摘要
六方氮化硼（h-BN）纳米片形貌的实验观测与理论预测之间存在巨大差异。理论上预测的由扶手椅型边缘终止的六边形在实验中未被观察到；而实验上观察到的由锯齿型边缘终止的三角形在理论上被发现是不稳定的。理论研究中存在两个关键问题，即 h-BN 边缘绝对形成能量的高效精确算法，以及对 h-BN 生长过程中氢钝化作用的良好理解。在此，我们首先提出了一种高效算法来计算非对称边缘，其自洽精度约为 0.0014 eV/Å。该方法也有潜力作为其他二维（2D）化合物材料的标准方法。随后，通过使用该方法，我们发现只有当边缘被氢原子钝化且考虑温度效应时，才能解释实验形貌。我们进一步采用 Wulff 构造，在 T = 1300 K 和 p = 1 bar 的典型生长条件下获得 H 钝化 h-BN 纳米片的平衡形状，发现平衡形状对氢钝化和生长条件敏感。我们的结果解决了实验观测与理论分析之间长期存在的差异，解释了三角形、截角三角形和六边形形状的热力学驱动力，并揭示了氢在 h-BN 生长中的关键作用。这些发现及算法的进展可能为基于 h-BN 的二维电子与自旋电子器件的实现打开大门。
引用
@article{arxiv.1806.03799,
title = {Missing links towards understanding equilibrium shapes of hexagonal boron nitride: algorithm, hydrogen passivation, and temperature effects},
author = {Jingzhao Zhang and Wenjing Zhao and Junyi Zhu},
journal= {arXiv preprint arXiv:1806.03799},
year = {2018}
}
备注
13 pages, 4 figures