二维铁电材料SiSn的掺杂研究开题报告

1. 研究目的与意义

研究背景：铁电材料因其具有可被外场调控的电极化状态，以及在传感器、光电器件和信息存储器件中具有潜在应用前景，所以一直以来都是凝聚态物理领域的研究热点。随着微电子集成技术的飞速发展，电子器件日益趋于微型化、集成化和多功能化。传统块体铁电材料因受尺寸效应、界面效应等因素影响，难以满足此发展需求，因而低维铁电材料引起了学术界的广泛关注。近年来，实验上已成功制备出稳定的室温二维铁电材料，第一性原理计算等理论方法对新材料的预测和设计也促进了二维铁电材料的发展。同时，利用二维铁电性与铁谷性、磁性的多铁耦合效应，可以实现电控谷极化、电控磁性等调控机制。多重自由度的相互耦合，会产生如能谷间圆偏振光学选择性、量子自旋霍尔效应等奇异物理特性，对于自旋电子学、谷电子学及光学的发展具有重大的意义。

研究目的：了解密度泛函理论的基本知识，通过第一性原理方法计算单层二维sisn的晶格结构、电子结构、自发极化以及电子掺杂和空穴掺杂等性质。通过仔细分析铁电性的起源，探究二维铁电性的物理起源、及其其它相关效应，培养严谨扎实的科研能力、学习能力以及团队协作能力。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：

低维铁电材料的寻找及其基础物理性质研究一直是凝聚态物理和材料物理的热门研究课题，如何在原子尺度的范畴内寻找极化比较强的超薄两维材料是比较有应用背景的研究方向。总所周知，三维无机材料如batio3、pbtio3等薄膜材料，由于存在临界尺寸，随着薄膜厚度的降低，铁电性质下降，到临界尺寸以下，铁电性完全消失。因此，必须有必要通过仔细分析铁电性的起源，探究二维铁电性的物理起源、及其其它相关效应，为实现低维铁电材料的器件的应用提供理论支撑。

本课题以皱褶型两维sisn材料为例（其结构和皱褶型石墨烯、硅烯、锗烯一致），从理论角度证明其存在垂直于膜面方向的自发极化，并且计算出自发极化的大小。同时研究掺杂对材料自发极化的影响，分析铁电性在导电相中是否共存、能否稳定等问题。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：

（1）复习量子力学和固体物理等基础课程，学习密度泛函理论的基本知识。

（2）调研有关二维铁电材料的相关文献资料，学习晶体模型的建立方法。

4. 参考文献

[1] 叶倩, 沈阳, 袁野, 赵祎峰, 段纯刚, 二维本征铁电体及其多铁耦合的研究进展[j]. 2020, 69: 217710.

[2] anderson p w and blount e i, phys. rev. lett. 1965, 14: 217.

[3] shi y g, guo y f, wang x, princep a j, khalyavin d, manuel p, michiue y, sato a, tsuda k, yu s, arai m, shirako y, akaogi m, wang n l, yamaura k, and boothtoyd a t, nat. mater. 2013, 12: 1024.

5. 计划与进度安排

(1) 2022-12-06～2022-03-01学生复习量子力学和固体物理等基础课程，学习密度泛函理论的基本知识；

(2) 2022-03-02～2022-03-12调研有关二维铁电材料的相关文献资料，提出研究方案，完成开题报告，教师完成开题报告的审核。

(3) 2022-03-13～2022-04-30学习晶体模型的建立方法；学习第一性原理计算软件包vasp的使用方法；用第一性原理方法计算二维sisn的电子结构性质，包括：晶格结构、能带结构、自发极化、掺杂效应等并进行中期检查。