受限空間中納米線的結構演化及電子輸運性.pdf

1、近年來，一維納米線和碳納米管都是納米材料研究領域中的熱點，在納米電子學、光電子學和新一代超大規(guī)模集成電路等方面都具有極為廣泛的應用前景。其中，納米線憑借其不同于三維塊體材料的獨特結構及物理性能而備受關注。研究表明納米線對氧氣、水蒸氣的敏感度較高，這對其結構的穩(wěn)定造成了很大的威脅。于是人們開始借助碳納米管作為模板來合成納米線。碳納米管具有優(yōu)異的機械性能、熱力學穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，目前已被廣泛地應用于合成一維納米材料。在該方法中，納米線因受

2、到碳納米管空腔的尺度效應以及其與管壁上碳原子間的相互作用而有可能擁有更特殊的結構和性質。因此使用碳納米管作為模板來合成納米線具有極為廣泛的應用前景。
　　本課題主要研究Ni、Ni-C及Si納米線的結構與性質。首先利用分子動力學模擬來研究納米線在碳納米管受限空間中的結構演變特性，然后通過密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)結合的方法來計算所得結構的電子傳輸性質。主要的研究內容及結論如下:
　　(1)研究了從碳納米管中獲得的超細Ni及N

3、i-C合金納米線的結構及電子輸運性質。結果顯示，當C原子濃度極低時，C原子優(yōu)先占據(jù)納米線的中間位置并被Ni原子所包圍。隨著C濃度的增大，因受到空間尺寸的限制，C原子不再嚴格占據(jù)中間位置，并開始形成C-C鍵。有趣的是，這些納米線的電流極化與它們在費米能級處的自旋極化是相反的。增加C原子濃度主要通過兩方面來提高Ni-C合金納米線的電阻:減少電子傳輸通道的數(shù)目;降低Ni原子間電子軌道的耦合作用。此外，增大Ni-C合金納米線的直徑會直接增加其電

4、子傳輸通道的數(shù)目從而增大電導。
　　(2)系統(tǒng)地研究了受限空間中Si納米線從3000K降溫至300K這一過程中的結構演變，分別探討了碳納米管尺寸、冷速及模板形狀對所得Si納米線結構的影響。由于受到界面相互作用和Si-Si相互作用的影響，以1K/ps的冷速凝固后的Si納米線結構是分層的，由按照晶體Si(100)面排列的最外層結構和類似非晶體的內芯結構組成。這種有序和無序結構的混合表現(xiàn)在雙體分布函數(shù)曲線上為第二峰劈裂。凝固過程中由于受