图1.1 A分别从[100]和[001]方向观察的T12-碳的晶体结构。B五边形石墨烯的原子构型的顶视图和侧视图。由红色虚线标记的正方形表示单位晶胞，并且高亮球表示sp3杂化的C原子。

该结构具有四方点阵的P-421m对称性（空间群号113）。优化的晶格常数是a=b=3.64Å。顶视图显示，新相完全由碳五边形组成，形成一个著名的开罗五角形拼贴[18]的美丽图案。从侧面看，观察到翘曲（0.6Å），导致总厚度为1.2Å的2D片材。该结构可以被认为是多层间三明治，其中4配位的C原子在图1.1中以黄色突出显示。为了方便讨论，我们以下将sp3和sp2杂化的C原子分别作为C1和C2，称为新的石墨烯同素异形体五边型石墨烯。五边型石墨烯的单胞含六个原子，如图1中的红色虚线所示。其中C1与C2之比为1：2。C1-C2（1.55Å）和C2-C2（1.34Å）键长分别显示单键和双键的显着特征，键角θC2-C1-C2为134.2°，表明C1原子的sp3特性畸变。

1.1.3 五边形石墨烯的电子性质

计算其能带结构和相应的总和部分密度状态（DOS）。如图1.2所示，五边形石墨烯是带隙为3.25eV的间接带隙半导体[使用Heyd-Scuseria-Ernzerhof（HSE06）功能计算][19]，因为价带最大值（VBM）位于Γ-X路径，而导带最小值位于M-Γ路径上。然而，由于在M-Γ路径上存在非常接近能量中的真实VBM的子VBM，五边形石墨烯也可以被认为是准直接带隙半导体。其部分DOS的分析揭示了费米能级附近的电子状态主要源自sp2杂化的C2原子，这通过计算带分解电荷密度分布进一步证实，如图1所示。我们认为，sp3杂化的C1原子的空间分离sp2杂化的C2原子的pz轨道的存在，阻碍完全电子离域，从而产生有限的带隙。部分价带退化色散导致在接近费米能级的总DOS提高，而提供在该纳米片通孔掺杂[20]中可以实现Bardeen-Cooper-Schrieffer超导的可能性。

图1.2 五边形石墨烯的声子能带结构和PDOS。高对称q点路径:Γ(0,0)→X(1/2,0)→M(1/2,1/2)→Γ(0,0)。

1.2 五边形硅二碳化物（pSiC2）简介

1.2.1 基于五边形石墨烯的五边形硅二碳化物（pSiC2）

纳米尺度材料合成和表征的最新进展使得凝聚态物理学在目前新发现的化合物方面取得了不错的进展。两个例子分别是石墨烯和硅烯[21]，两个分别由碳和硅原子组成的两个结晶结构，布置在蜂窝状晶格中。石墨烯和硅烯的电子结构赋予它们许多有价值的性质，例如长时间内电子的高固有电子迁移率和弹道导电性，这使得这些材料成为下一代电子器件集成的候选者。然而，随着科学进一步探索石墨烯和硅烯的基本特征，两种材料在电子器件集成方面仍然存在未解决的实验缺陷。石墨烯的主要限制是没有带隙，这阻止了二维（2D）全碳片在半导体技术中的集成。在已经提出了几种方法来打开石墨烯中的带隙中，从电子波函数的横向配置到纳米带，到掺杂原子的化学修饰或者在双层石墨烯中应用电场。由于强烈的自旋轨道耦合，硅烯拥有一个微小的带隙，这又可以在施加应变时增加。研究人员和工程师已经开始远离单一元素材料，并搜索可能导致类似收益的其他选项，从而更容易控制成本。C和Si原子的五边形排列的新型二维结构的五边形二碳化硅（pSiC2）作为表现出异常电子行为的材料。我们发现，与基于C，Si和SiC的2D结构不同，pSiC2表现出p-p-σ和p-p-π电子带的垂直排序的部分反演。而对应于面内σ轨道的能量状态位于费米能级附近，垂直于基底的横向重叠轨道在频带图中以较低的能量异常依赖。由于平面内σ键的敏感性与接合长度的变化有关。 新型二维材料的pso结构预测及性能计算(3):http://www.chuibin.com/cailiao/lunwen_205123.html