石墨烯和新型二維納米材料的特性研究.pdf

1、石墨烯等新型二維材料是當(dāng)今國際前沿研究的重要課題。 石墨烯納米結(jié)構(gòu)具有二維和納米尺度特性，探索二維納米材料的新奇特性成為研究熱點(diǎn)。
　　 本論文簡要論述了石墨烯的發(fā)現(xiàn)和奇異性質(zhì)以及石墨烯和單層BN材料的研究現(xiàn)狀，詳細(xì)地闡述了密度泛函理論以及電子結(jié)構(gòu)計(jì)算方法-離散變分方法和ADF。 采用第一性原理計(jì)算方法，我們系統(tǒng)研究了吸附氫、氧原子對鋸齒型納米石墨烯和單層BN片的幾何和電子態(tài)性質(zhì)以及磁學(xué)特性的影響，深入考察了吸附原子構(gòu)型，鋸齒邊

2、界，褶皺結(jié)構(gòu)和電子態(tài)以及磁學(xué)特性間的關(guān)系。
　　 我們的計(jì)算結(jié)果表明，具有C2h對稱的純凈鋸齒石墨烯納米片（Zizag Graphene Nanoflake,ZGNF）基態(tài)總磁矩為2.0mB,比無對稱性約束的零磁矩純凈ZGNF能量高0.13eV。兩者均保持嚴(yán)格的平整面，自旋極化主要來自鋸齒邊界。
　　 在中央?yún)^(qū)吸附3,5和7個(gè)氫原子后，ZGNF的基態(tài)總磁矩分別增大至3.0mB,5.0mB和7.0mB。氫原子吸附處的碳原子

3、形成SP3鍵，誘發(fā)了皺褶結(jié)構(gòu)，最大凸起和凹陷幅度分別（0.60?,-0.12 ?）,(0.86 ?,-0.42 ?)和（0.98 ?，-0.48 ?）。P鍵的打破和弱化顯著增大了中央?yún)^(qū)碳原子的自旋極化。由于懸掛鍵效應(yīng)，鋸齒邊界仍具有最大的溝道磁矩。相鄰A,B位溝道間呈亞鐵磁性耦合作用。
　　 在中央?yún)^(qū)吸附3和5個(gè)氧原子后， ZGNF的基態(tài)總磁矩分別為2.0mB和4.0mB。二價(jià)氧原子的成鍵特性導(dǎo)致中央吸附區(qū)的C原子的自旋極化很小

4、。 而它們的鋸齒邊界最外沿A,B溝道具有最大的溝道磁：（-0.99mB,3.20mB）,(5.24mB,-1.09mB)。
　　 最后我們研究了具有3個(gè)吸附氫原子的單層BN納米片的結(jié)構(gòu)特性。它的的皺褶結(jié)構(gòu)與石墨烯納米片迥然不同。石墨烯納米片的皺褶大多呈左右對稱形狀，而在單層BN納米片中各原子溝道的高度起伏幾乎都失去了左右對稱性。鐵磁性鋸齒邊界最外沿的N,B溝道磁矩分別為-4.62mB和6.04mB，中央?yún)^(qū)的B,N原子基本上無自旋