單壁BN和AlN納米管電子譜及其光學(xué)性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、納米管是上世紀(jì)九十年代發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)一維納米材料，由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和眾多新穎、優(yōu)異的物理化學(xué)性能，成為近年來材料界以及凝聚態(tài)物理研究的前沿與熱點(diǎn)。與碳納米管有所不同，BN和A1N等Ⅲ-V族納米管為半導(dǎo)體材料，因此其能帶結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，為一維納米結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用提供了一個(gè)誘人的前景。由于它們的獨(dú)特之處，近幾年來引起了人們的廣泛關(guān)注。 本文采用基于密度泛函理論的CASTEP軟件包對(duì)單壁BN和A1N納米管進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容分為兩部分：

2、 第一部分內(nèi)容涉及單壁BN和A1N納米管的幾何結(jié)構(gòu)以及電子結(jié)構(gòu)。利用密度泛函理論計(jì)算了一系列管徑不同的單壁BN和AIN鋸齒管(n,0)以及扶手椅管(n,n)的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)。計(jì)算結(jié)果表明：對(duì)于單壁鋸齒型BN納米管平行于管軸方向的鍵長r<,1>隨n的增大從1.4144A逐漸增大到1.4339A，而不與管軸平行的鍵r<,2>隨n的增大逐漸從1.5069A減小到1.4395A，兩鍵長之差也隨n的增加逐漸減小，這表明當(dāng)n取很大值時(shí)，兩鍵

3、長將趨于一致。對(duì)于單壁扶手椅型BN納米管鍵長變化不大，均在1.44A左右。單壁鋸齒型A1N納米管的鍵長在1.740～1.919 A之間；對(duì)扶手椅A1N納米管，優(yōu)化后的鍵長在1.759～1.869A之間，其平均鍵長小于鋸齒管的平均鍵長。同BN管相比，AIN管中鍵長的變化范圍比較大。 另外，對(duì)于單壁BN鋸齒型納米管，能隙隨著n的增加而增加，最后趨于恒定值；扶手椅型BN納米管的禁帶寬度與n的依賴比較小，并沒有呈現(xiàn)單調(diào)的變化趨勢，能隙在

4、4.146eV～4.746eV之間。所有的鋸齒管都為直接帶隙半導(dǎo)體，所有扶手椅管都是間接帶隙的。對(duì)于A1N納米管除(3，0)和(3，3)的能隙比較大之外，我們計(jì)算的能隙值在2.22eV～3.74eV之間；所有AlN鋸齒管也都是直接帶隙，而(3，3)與(4，4)扶手椅管為直接帶隙，其余的扶手椅型管均為間接帶隙。 第二部分是有關(guān)單壁BN和A1N納米管的光學(xué)性質(zhì)的計(jì)算。我們用密度泛函理論計(jì)算了一系列管徑不同的單壁BN和A1N(n,0)