超細(xì)碳納米管異質(zhì)結(jié)的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、當(dāng)今科技發(fā)展的一個(gè)顯著特征是電子器件的微型化，這讓納米電子學(xué)成為一門(mén)與量子化學(xué)、材料科學(xué)以及凝聚態(tài)物理學(xué)科緊密結(jié)合的科學(xué)。超細(xì)碳納米管(CNT)因具有直徑小、卷曲效應(yīng)大而特別受到研究者的關(guān)注，是近年來(lái)理論和實(shí)驗(yàn)研究的熱點(diǎn)。目前，直徑為0.3nm左右的超細(xì)碳納米管是迄今為止實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的最細(xì)碳納米管。從手性來(lái)區(qū)分，主要表現(xiàn)為扶手型(2,2)碳納米管(CNT)、鋸齒型(4,0)碳納米管(CNT)，以及螺旋型(3,1)碳納米管(CNT)等。在理論

2、上探討這些碳納米管之間以及它們與類(lèi)似直徑的半導(dǎo)體氮化硼納米管(BNNT)形成的異質(zhì)結(jié)是全新的物理問(wèn)題，特別是研究其電子性質(zhì)和構(gòu)成的新型納米異質(zhì)結(jié)的電子輸運(yùn)性質(zhì)，將有可能推動(dòng)當(dāng)前最細(xì)納米級(jí)異質(zhì)納米器件的發(fā)展，具有非常重要的科學(xué)意義。
　　本文基于密度泛函理論的第一性原理計(jì)算方法，結(jié)合格林函數(shù)電子輸運(yùn)計(jì)算，研究了超細(xì)直徑的(2,2)CNT、(4,0)CNT或它們相互之間構(gòu)成的納米超晶格結(jié)構(gòu)，以及它們與對(duì)應(yīng)直徑的BNNT構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)

3、的微觀結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、透射譜、I-V特性等。通過(guò)計(jì)算設(shè)計(jì)了該類(lèi)新型納米管異質(zhì)結(jié)并探討了它們的輸運(yùn)特性，為該類(lèi)新型納米異質(zhì)結(jié)的可能應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。發(fā)現(xiàn)的主要成果有：
　　(2,2)CNT和(2,2)BNNT超晶格結(jié)構(gòu)具有負(fù)的形成能-3.072eV，表明形成這種結(jié)構(gòu)可能是放熱反應(yīng)。其能隙是1.37eV，處于半導(dǎo)體材料的能隙之間。把它們耦合在兩半無(wú)限長(zhǎng)金電極之間，研究其輸運(yùn)性質(zhì)結(jié)果表明，由于Au電極和納米管形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)存在強(qiáng)大耦合作用

4、，有效地提高了納米管的輸運(yùn)性質(zhì)。通過(guò)計(jì)算(2,2)CNT、(2,2)BNNT、(2,2)CNT/BNNT三種結(jié)構(gòu)用金作電極的I-V特性曲線，結(jié)果顯示它們與大直徑的納米管類(lèi)似，都呈線性特性，這些結(jié)構(gòu)在量子電路中可以用作納米二極管。(4,0)CNT和(4,0)BNNT超晶格結(jié)構(gòu)的形成能為-5.0827eV，表明這種結(jié)構(gòu)有可能形成。其能隙是0.738eV，是一個(gè)窄帶隙的半導(dǎo)體材料。把它們連接在兩半無(wú)限長(zhǎng)金電極之間，由于復(fù)合結(jié)構(gòu)強(qiáng)大耦合作用有效

5、地提高了它們的輸運(yùn)性質(zhì)。通過(guò)計(jì)算(4,0)CNT、(4,0)BNNT、(4,0)CNT/BNNT三種結(jié)構(gòu)用金作電極的I-V特性曲線，都呈線性特征。
　　在上述同手性管異質(zhì)結(jié)的研究基礎(chǔ)上，我們還設(shè)計(jì)了(4,0)CNT或(4,0)BNNT管和(2,2)CNT或(2,2)BNNT管之間的不同手性的納米管超晶格結(jié)構(gòu)。研究了它們的電子結(jié)構(gòu)、透射譜，并計(jì)算了I-V特性曲線。發(fā)現(xiàn)無(wú)論是同手性的納米管還是不同手性納米管組合而成的異質(zhì)結(jié)復(fù)合管在用A