孔洞石墨烯電子結(jié)構(gòu)及其功能器件的第一性原理研究.pdf

1、本文結(jié)合密度泛函理論，緊束縛理論及非平衡格林函數(shù)輸運(yùn)理論，研究了石墨烯材料的改性及其功能器件的計(jì)算設(shè)計(jì)。著重研究了Zigzag邊緣六邊形孔洞石墨烯(GALs with Zigzag-edged Hexagonal Antidots，ZH-GALs)的帶隙開(kāi)閉規(guī)律，并模擬了石墨烯納米孔DNA傳感器件的輸運(yùn)性質(zhì)。
　　本文研究發(fā)現(xiàn)了ZH-GALs帶隙閉合與打開(kāi)的一般規(guī)律。使用參數(shù){[m1，n1],[m2，n2]}描述石墨烯超晶格結(jié)構(gòu)，

2、得到了一些以往研究中未被發(fā)現(xiàn)的構(gòu)型。發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)反點(diǎn)間相對(duì)位置將所有量子反點(diǎn)分為三類(lèi)。有趣的是，只有在這三類(lèi)量子反點(diǎn)的數(shù)目不等時(shí)，ZH-GALs出現(xiàn)較大帶隙。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)ZH-GALs的打開(kāi)與閉合主要由谷間散射決定。上述研究結(jié)果提供了一條途徑來(lái)預(yù)測(cè)GALs的電學(xué)性質(zhì)，有助于設(shè)計(jì)獲得具有指定帶隙的GALs，這對(duì)設(shè)計(jì)基于此類(lèi)GALs的半導(dǎo)體與光電子器件具有重要意義。
　　本文設(shè)計(jì)并模擬了一種石墨烯基的DNA分子傳感器件，該器件由石墨烯

3、納米帶電極和具有納米孔的石墨帶組成。研究發(fā)現(xiàn)，利用此類(lèi)納米孔石墨烯器件橫向電流變化信息，可以較好地區(qū)分DNA的4種堿基分子。同時(shí)，器件橫向電流對(duì)進(jìn)入納米孔堿基的構(gòu)象敏感，需要在同一構(gòu)象下，橫向電流對(duì)不同堿基分子才有區(qū)分度。通過(guò)對(duì)透射譜和前線軌道能量的分析，發(fā)現(xiàn)器件本身的輸運(yùn)通道對(duì)橫向電流變化起主要貢獻(xiàn)，基于器件-分子-器件的隧穿電流的影響可以忽略。還發(fā)現(xiàn)堿基分子對(duì)器件輸運(yùn)軌道的影響是長(zhǎng)程的，堿基分子在距離納米孔較遠(yuǎn)時(shí)仍能有效影響電流。因