Ge纳米薄膜电输运性质与Si基纳米材料热电性能研究的中期报告.docx

Ge纳米薄膜电输运性质与Si基纳米材料热电性能研究的中期报告 这份中期报告关注于两个方面：第一是关于Ge纳米薄膜电输运性质的研究；第二是关于Si基纳米材料热电性能的研究。下面将分别介绍这两部分的研究进展。 1. Ge纳米薄膜电输运性质研究 Ge是一种重要的半导体材料，由于其优越的电子和光学性能，被广泛应用于光电子学领域。最近，Ge纳米薄膜引起了人们的极大兴趣。Ge纳米薄膜具有很高的表面积与体积比，这种几何结构可以改变其电子结构和输运性质。通过在Ge表面上分别涂覆一层Sn与Pb原子，可以制备出两种Sn/Ge和Pb/Ge的异质结构。这些异质结构被用来研究Ge纳米薄膜的输运性质。 使用宏观物理学理论模拟Ge纳米薄膜的输运性质是很困难的，因为Ge纳米薄膜具有非常小的特征尺寸。因此，使用第一性原理计算方法研究Ge纳米薄膜的输运性质是一种更可靠的方法。 我们使用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，分别计算Sn/Ge和Pb/Ge异质结构中的电子输运性质。特别是，我们计算了这些异质结构中的电子结构、能带结构、电子密度、自由传播长度等。结果表明，Sn/Ge异质结构存在二维电子气体的特性，在高能级的价带中存在电子密集区。而Pb/Ge异质结构的电子在界面处出现了能隙，导致了更强的限制效应。 2. Si基纳米材料热电性能研究 热电材料是一种特殊的材料，它可以将热能直接转化为电能。纳米材料因其特殊的物理-化学性质，对于热电应用来说有许多优势。研究表明，由于纳米材料具有较大表面积与体积比，热量电子能更容易地散射，从而导致更好的热电性能。 我们以Si纳米线为例，研究了其热电性质。通过在Si纳米线表面涂覆一个Au薄层，可以制备出Si/Au核-壳结构的基础材料。我们采用基于密度泛函理论的自洽单粒子Green函数方法，计算了Si/Au核-壳结构中的热电性质。我们还研究了Si纳米线长度、Au壳层厚度以及掺杂对其热电性质的影响。 计算结果表明，Si/Au核-壳结构显示出良好的热电性能，具有较高的ZT值（热电性能系数）。增加Si纳米线长度和Au壳层厚度可以提高其热电性能。同时，掺杂（如P、B）可以改变材料的电子密度和能带结构，提高其热电性能。 综上所述，我们通过第一性原理计算方法研究了Ge纳米薄膜的输运性质和Si基纳米材料的热电性能等问题，研究结果对于优化这些材料的性能具有重要的指导意义。