新型碳基納米材料的電子結構和輸運性質(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，由于其獨特的幾何結構和特殊的電學性質(zhì)，在納米電子學領域具有巨大的潛在應用價值。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)方法對三種碳基納米材料的電子結構和輸運性質(zhì)進行了理論模擬和計算。研究內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了氫原子吸附對富勒烯C60分子器件輸運性質(zhì)的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當C60分子的一個碳六元環(huán)上吸附兩個氫原子時，連接著金鏈電極的分子器件輸運性質(zhì)依賴于氫原子的

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

3、變化使單壁碳納米管的能隙發(fā)生顯著改變。另外，硼氮對雜質(zhì)導致費米能級附近的透射峰被抑制，造成了體系的電導下降。這些現(xiàn)象是由單壁碳納米管對稱性破缺所引起。
　　 (3)分析了氫原子吸附和空位缺陷對單壁碳納米管電子結構的影響。研究發(fā)現(xiàn)碳納米管的電子結構和磁性主要取決于體系中吸附或空位所對應的兩種子格的數(shù)目。當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致自旋極化效應和局部磁動量的出現(xiàn)。然而，當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并和非磁性行為。這些結果為實驗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。計算結果表明，對于扶手椅型石墨烯納米帶，單獨的硼或氮摻雜的納米帶為金屬性，并且一對硼或氮原子摻雜的納米帶電子結構隨著納米帶的奇偶性的不同而不同。而硼氮對摻雜的納米帶的能隙隨著寬度的增加呈現(xiàn)震蕩效應。對于鋸齒型石墨烯納米帶，缺陷的構型、摻雜原子的類型以及