氫吸附調(diào)制石墨烯自旋密度的理論研究.pdf

1、石墨烯(Graphene)是一種新型碳材料，其晶格結(jié)構(gòu)是由碳原子按照六邊形排列而成的單層二維結(jié)構(gòu)。近年來(lái)科學(xué)家通過(guò)對(duì)石墨烯的研究發(fā)現(xiàn)其具有許多特殊的優(yōu)良性能，主要包括:1、較高的載流子遷移速率，室溫下石墨烯的載流子遷移率高達(dá)2×105cm2/Vs，約為硅材料的100倍;2、較低的電阻率，約為10-8Ω·cm，比銀電阻率(1.65×10-8Ω·cm)還要低;3、優(yōu)異的機(jī)械性能，4、高導(dǎo)熱率，能夠達(dá)到5300W/mK，是銀導(dǎo)熱率(420W/

2、mK)的12倍。這些優(yōu)良的性能使石墨烯在很多領(lǐng)域（包括電子元器件、傳感器、電容器、太陽(yáng)能電池等）都有著非常廣闊的應(yīng)用。但制備無(wú)雜質(zhì)和零缺陷的石墨烯還有一定的困難，大批量投入實(shí)際應(yīng)用尚存在一定的距離。因此，為實(shí)現(xiàn)并進(jìn)一步拓寬石墨烯的應(yīng)用領(lǐng)域，繼續(xù)優(yōu)化石墨烯的制備工藝已成為亟待解決的難題。
　　石墨烯是零帶隙的半導(dǎo)體，擁有良好的吸附性能，能夠吸附很多種類的原子（如氫原子、氟原子、氧原子等），碳原子與吸附原子的相互作用以及吸附原子帶來(lái)的

3、外來(lái)電子致使石墨烯打開帶隙并呈現(xiàn)磁性。這種性能使石墨烯應(yīng)用到自旋電子器件領(lǐng)域成為可能?；诖耍疚牟捎妹芏确汉碚摰谝恍栽碛?jì)算方法，通過(guò)石墨烯吸氫產(chǎn)生自旋干涉的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)石墨烯的自旋密度在“光柵”氫和“探針”氫的作用下形成規(guī)則的干涉條紋。這一規(guī)律可以用作自旋信號(hào)發(fā)生器以及自旋存儲(chǔ)器。本論文主要結(jié)論如下:
　　1:氫吸附對(duì)石墨烯自旋密度的調(diào)控。本文通過(guò)CASTEP對(duì)吸附氫柵的石墨烯進(jìn)行幾何優(yōu)化發(fā)現(xiàn):
　　(1)吸附氫柵的石墨

4、烯其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生了起伏，同時(shí)能帶也發(fā)生了變化，帶隙從零變?yōu)?.214 eV。通過(guò)分析自旋密度，可知此時(shí)石墨烯呈現(xiàn)出鐵磁性質(zhì)。
　　(2)在氫柵附近吸附一個(gè)氫原子（“探針”氫），發(fā)現(xiàn)自旋密度在石墨烯上重新分布，并且在氫柵附近能夠觀察到明顯的自旋干涉條紋。同時(shí)“探針”氫的位置能夠調(diào)制自旋干涉條紋。
　　2:利用基于密度泛函理論的DFTB+緊束縛計(jì)算方法，我們研究石墨烯納米帶(graphene nanorribbon)的電輸運(yùn)性質(zhì)