新型碳基納米材料的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的理論研究.pdf

1、富勒烯、碳納米管以及石墨烯納米帶是新型的碳基納米材料，由于其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和特殊的電學(xué)性質(zhì)，在納米電子學(xué)領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。本文利用基于密度泛函理論的第一性原理和非平衡格林函數(shù)方法對(duì)三種碳基納米材料的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了理論模擬和計(jì)算。研究?jī)?nèi)容如下：
　　 (1)研究了氫原子吸附對(duì)富勒烯C60分子器件輸運(yùn)性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)C60分子的一個(gè)碳六元環(huán)上吸附兩個(gè)氫原子時(shí)，連接著金鏈電極的分子器件輸運(yùn)性質(zhì)依賴于氫原子的

2、相對(duì)位置。計(jì)算結(jié)果表明，在低偏壓情況下，間位上吸附能增強(qiáng)分子器件的電子輸運(yùn)能力。而鄰位和對(duì)位上吸附則抑制了分子器件的電子輸運(yùn)能力，且負(fù)微分現(xiàn)象消失。研究工作還揭示了負(fù)微分電阻現(xiàn)象是由分子前線軌道與電極的耦合效應(yīng)引起的。
　　 (2)探討了硼氮對(duì)摻雜的單壁碳納米管的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，硼氮對(duì)比單獨(dú)的硼氮更容易進(jìn)入單壁碳納米管網(wǎng)格。單壁碳納米管的能隙隨著硼氮對(duì)摻雜濃度的增加而增大。在相同的硼氮對(duì)摻雜濃度下，摻雜的相對(duì)位置的

3、變化使單壁碳納米管的能隙發(fā)生顯著改變。另外，硼氮對(duì)雜質(zhì)導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)附近的透射峰被抑制，造成了體系的電導(dǎo)下降。這些現(xiàn)象是由單壁碳納米管對(duì)稱性破缺所引起。
　　 (3)分析了氫原子吸附和空位缺陷對(duì)單壁碳納米管電子結(jié)構(gòu)的影響。研究發(fā)現(xiàn)碳納米管的電子結(jié)構(gòu)和磁性主要取決于體系中吸附或空位所對(duì)應(yīng)的兩種子格的數(shù)目。當(dāng)吸附或缺陷明顯破壞碳納米管中π共軛體系，兩種子格的不平衡性導(dǎo)致自旋極化效應(yīng)和局部磁動(dòng)量的出現(xiàn)。然而，當(dāng)吸附或缺陷能維持碳納米管中

4、π共軛體系，兩種子格的平衡性使得碳納米管保留了自旋簡(jiǎn)并和非磁性行為。這些結(jié)果為實(shí)驗(yàn)上碳納米管氫傳感器的研究提供了理論依據(jù)。
　　 (4)研究了石墨烯納米帶硼氮摻雜和多空位缺陷效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于扶手椅型石墨烯納米帶，單獨(dú)的硼或氮摻雜的納米帶為金屬性，并且一對(duì)硼或氮原子摻雜的納米帶電子結(jié)構(gòu)隨著納米帶的奇偶性的不同而不同。而硼氮對(duì)摻雜的納米帶的能隙隨著寬度的增加呈現(xiàn)震蕩效應(yīng)。對(duì)于鋸齒型石墨烯納米帶，缺陷的構(gòu)型、摻雜原子的類型以及