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我院材料物理团队李林洋副教授在Nano Energy发表重要研究成果
理学院材料物理团队李林洋副教授联合国内外相关课题组在国际高水平期刊Nano Energy (IF: 17.6, 1区TOP)上以“Hydrogenation-controlled band engineering of dumbbell graphene”为题发表重要研究成果。论文第一作者为我院的2022级硕士研究生宋雨璇，通讯作者为李林洋副教授。该工作得到比利时安特卫普大学François M. Peeters教授的合作支持。该研究工作通过理论计算提出了两种新的哑铃型石墨烯结构，并通过氢化的手段，针对其能带进行调控，实现了包括平带与拓扑态等多种新奇物理性质在内的能带工程。研究论文的第一单位为河北工业大学理学院。
哑铃型结构的稳定性已在先前的理论和实验研究中得到证实。基于第一性原理计算，本论文提出了包含周期性凸起碳原子(CR)的六角哑铃型石墨烯(HDB C10)和矩形哑铃型石墨烯(RDB C10)。计算结果表明，它们都是具有高迁移率的半导体。通过在这些CR原子上吸附氢原子，它们的能带结构可以进行广泛的调控。当在哑铃结构的单胞上对称吸附两个或四个氢原子时，可以增加带隙。进一步添加或去除氢原子可以获得孤立的平带结构。值得注意的是，在HDB/RDB C10H2-I单层中发现两种不同的Dirac能带结构。HDB C10H2-I单层显示出具有各向同性费米速度的Dirac cone，而RDB C10H2-I单层则显示出沿高对称路径具有变化费米速度的准一维Dirac nodal line。为了深入理解DFT的计算结果，作者构建了包括最近邻跃迁和次近邻跃迁的紧束缚(TB)模型。TB模型与Su-Schrieffer-Heeger模型结合，能够完全理解RDB C10H2-I单层的可调拓扑性质。该模型不仅解释了六角和长方晶格不同费米速度的原因，还能够准确预测拓扑边界态的出现，为Dirac费米子的研究提供了一个很好的平台。相比于石墨烯，HDB/RDB C10单层表现出更加自由的可调能带性质和更稳定的储氢能力，为能带工程和储氢应用的研究提供了理论依据。最后，本论文提供了这类哑铃型单层在不同衬底上可能的实验合成路径，为实验的进一步实现奠定了理论基础。
Yuxuan Song, Mengteng Chen, Xiao Xie, Xiaobiao Liu, Jia Li, François M. Peeters, Linyang Li*, Hydrogenation-controlled band engineering of dumbbell graphene, Nano Energy 127 (2024) 109763. https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.109763
研究团队简介
河北工业大学理学院材料物理团队（团队负责人：刘国栋教授）于2020年组建，是一支年轻有活力、科研实力雄厚的科研团队。团队致力于在低维纳米材料中揭示磁性、多铁、拓扑等物理性质，结合理论计算与实验研究，构筑新的低功耗自旋电子学器件。截止目前，该团队已经以河北工业大学理学院为第一或通讯单位在Advanced Materials, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry A, Carbon, Physical Review B, Applied Physics Letters等期刊发表多篇高水平研究论文。团队目前已经获批包括国家自然科学基金、河北省自然科学基金等在内的多个项目资助。
图文/李林洋 审核/何华 刘国栋
