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硅-锗和锗-硅核壳纳米线的结构特性

DOI：10.1088/1361-648X/aae617 期刊：Journal of Physics: Condensed Matter 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 由硅和锗构成的核壳纳米线可通过实验精确控制其核与壳的不同尺寸进行生长。我们采用线性标度密度泛函理论，研究了沿[110]方向排列、直径达10.2纳米且具有不同核壳比例的Si/Ge与Ge/Si核壳纳米线的结构特性。研究表明，常用于预测轴向晶格常数的Vegard定律可能导致高达1%的误差，这凸显了对纳米线结构进行详细第一性原理原子级处理的必要性。我们分析了本征应变分布的特征，发现无论成分或键合方向如何，硅核或硅壳始终呈现膨胀状态；而锗壳或锗核的应变模式则对位置、成分及键合方向高度敏感。最高应变出现在异质结界面和纳米线表面。这种对原子结构和应变的深入理解，为研究核壳纳米线的电子特性以及掺杂与结构缺陷的探究奠定了基础。
作者： Conn O’Rourke，Shereif Y Mujahed，Chathurangi Kumarasinghe，Tsuyoshi Miyazaki，David R Bowler
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研究概述 实验方案

研究目的

采用线性标度密度泛函理论研究Si/Ge和Ge/Si核壳纳米线的结构特性与本征应变模式。

研究成果

该研究表明，线性标度密度泛函理论（DFT）对于准确测定Si/Ge和Ge/Si核壳纳米线的结构特性与本征应变模式是必要的。研究揭示了Vegard定律在预测轴向晶格常数方面的局限性，并阐明了纳米线中锗组分复杂的各向异性应变模式。这些发现为后续研究此类纳米线的电子特性以及掺杂与结构缺陷的探究奠定了基础。

研究不足

该研究仅限于直径不超过10.2纳米的纳米线，且未详细探究其电子特性或掺杂与结构缺陷的影响。线性标度DFT的计算需求也限制了可研究的体系尺寸。

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