石墨烯納米帶電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、新型碳基納米材料-石墨烯納米帶(GNRs)，由于受到量子限制效應(yīng)及邊緣效應(yīng)而引入非零帶隙，并且可以通過控制其幾何構(gòu)型調(diào)節(jié)其帶隙大小。這意味著石墨烯納米帶對(duì)于發(fā)展新型納米器件具有重要意義。
　　 本文利用基于第一性原理密度泛函理論(DFT)平面波贗勢(shì)方法的MaterialsStudio軟件對(duì)GNRs進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子結(jié)構(gòu)計(jì)算。通過構(gòu)建不同寬度、邊緣加H飽和的GNRs超原胞幾何模型，得到對(duì)應(yīng)的能帶結(jié)構(gòu)。分析可知：具有完整邊緣結(jié)構(gòu)

2、的GNRs呈現(xiàn)半導(dǎo)體性質(zhì)，且整體上帶隙Eg隨著帶寬的增加而減小。其中，對(duì)于扶手椅型石墨烯納米帶(AGNRs)，帶隙Eg對(duì)帶寬Na呈現(xiàn)出周期為3的震蕩特性，并且當(dāng)Na取3p+2(p為正整數(shù))時(shí)，Eg趨于0；對(duì)于鋸齒型石墨烯納米帶(ZGNRs)，當(dāng)帶寬Nz很小時(shí)，體系表現(xiàn)為半導(dǎo)體性質(zhì)，隨著Nz增加，Eg減小，當(dāng)Nz=5時(shí)，Eg幾乎為0，體系表現(xiàn)為金屬性。
　　 然后，通過對(duì)比BN納米帶限制的AGNRs與H飽和AGNRs的Eg～Na關(guān)

3、系，分析可知：因前者AGNRs邊界處發(fā)生了電荷重分布現(xiàn)象，使得緊挨B、N原子的C原子電勢(shì)能改變，故而在Na取3p+2時(shí)，前者仍具有可觀的帶隙值。
　　 最后討論了邊緣空位缺陷的存在對(duì)GNRs電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。可知：對(duì)于AGNRs，邊緣空位缺陷使得其帶隙減小，且缺陷濃度越大，帶隙越小，發(fā)生半導(dǎo)體向金屬性質(zhì)的轉(zhuǎn)變；對(duì)于ZGNRs，邊緣空位缺陷的存在并沒有改變其鋸齒型邊緣的物理結(jié)構(gòu)，故電學(xué)性質(zhì)上并未帶來大的改變。通過對(duì)具有不同寬度及