[发明专利]一种二维层状狄拉克材料的仿真设计方法

说明书

本发明涉及一种二维层状狄拉克材料的仿真设计方法，属于狄拉克材料制备技术领域。以单层石墨烯原胞为基础，将第四主族原子与第二主族原子在同一平面内单键连接为六元环结构制备得到二维层状狄拉克仿真材料。从微观尺度将理论计算与实验相结合，通过构建模型，采用理论模拟的方法能够深入原子量级对复杂体系进行研究，以石墨烯为结构原型，构建新型二维层状狄拉克材料的结构。采用理论模拟的方法不但操作简单、成本低、准确性高且重复性好，还能为后续的实验提供有价值的理论研究基础。

技术领域

本发明涉及一种二维层状狄拉克材料的仿真设计方法，属于狄拉克材料制备技术领域。

背景技术

狄拉克锥是一种独特的能带结构，其能带在分离填充和未填充电子的费米能级处呈上下对顶的圆锥形。由于这种能带结构满足描述相对论粒子能量-动量关系的狄拉克方程，因此被称为狄拉克锥。狄拉克锥能带描述的电子，是一种静止质量为零的粒子，其行为类似于光子。研究发现，具有狄拉克锥能带结构的材料，具有许多优异的物理性质，比如非常高的载流子迁移率和反常量子霍尔效应等。到目前为止，已有上百种二维材料被人们所发现，这包括：第四主族单质、第三和第五主族构成的二元化合物、金属硫族化合物、复合氧化物等等。但这其中只有石墨烯、硅烯（Silicene）、锗烯（Germanene）、部分石墨炔（Graphynes）、以及其他少量体系被认为可能具有狄拉克锥。

由于实验的不确定性和实验条件的限制，想要发现新型狄拉克材料将是一个复杂而漫长的过程。但是理论计算可以通过仿真设计一种新材料，计算其性质来发现新型狄拉克材料。从而为实验研究提供指导和理论依据，减少实验过程中的盲目性。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种二维层状狄拉克材料的仿真设计方法。本发明针对的是实验发现具有狄拉克锥能带结构的材料难度较大，成本较高的问题，本发明通过以下技术方案实现。

一种二维层状狄拉克材料的仿真设计方法：

以单层石墨烯原胞为基础，将第四主族原子与第二主族原子在同一平面内单键连接为六元环结构制备得到二维层状狄拉克仿真材料，具体步骤如下：

步骤1、将单层石墨烯原胞依次扩大2×2倍、再扩大3×3倍；

步骤2、将经步骤1扩大3×3倍石墨烯原胞删除中心六圆环上的碳原子，剩下孤立的碳原子，扩大六圆环；

步骤3、将步骤2剩余的碳原子两两之间加入第二主族原子成单键；

步骤4、将经步骤3处理得到的结构中剩余的碳原子替换为第四主族原子；

步骤5、将步骤4得到的结构进行优化设计得到二维层状狄拉克仿真材料。

所述仿真设计采用Materials Studio软件搭建得到单层石墨烯原胞，采用Vasp软件进行步骤5中的优化过程。

本发明的有益效果是：从微观尺度将理论计算与实验相结合，通过构建模型，采用理论模拟的方法能够深入原子量级对复杂体系进行研究，以石墨烯为结构原型，构建新型二维层状狄拉克材料的结构。采用理论模拟的方法不但操作简单、成本低、准确性高且重复性好，还能为后续的实验提供有价值的理论研究基础。

附图说明

图1是本发明单层石墨烯原胞结构示意图；

图2是本发明单层石墨烯原胞2×2倍扩大原胞后的结构示意图；

图3是本发明经2×2倍扩大原胞后再经3×3倍扩大原胞后的结构示意图；

图4是本发明选中需要删除中心六圆环上的碳原子的结构示意图；

图5是本发明删除中心六圆环上的碳原子后的结构示意图；

图6是本发明在碳原子两两之间加入第二主族原子后的结构示意图；