B、N掺杂4-ZGNR电子输运性质的理论计算

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,对锯齿型石墨烯纳米带4-ZGNR掺杂B、N原子的电子输运进行了计算.结果得到在0～1.0V的电压范围内,4-ZGNR及其分别掺杂B、N原子3种纳米器件的电流-电压曲线具有明显的非线性关系;掺杂B、N对4-ZGNR费米能级附近电子的输运起到了一定抑制作用,在一定能量区域的电子存在完全共振背散射;4-ZGNR掺杂B原子后表现出负微分电阻现象.     

不同接触结构对异质结电子输运特性的影响

根据近来实验上成功制备的石墨烯纳米带(GNR)/碳纳米管(CNT)异质结,构建了一种端连GNR/CNT/GNR异质结结构.采用密度泛函理论结合作平衡格林函数的第一性原理方法,研究了接触区微结构对GNR/CNT/GNR异质结电子输运特性的影响.研究结果表明,选择合适的接触微结构,在锯齿型石墨烯纳米带中插入一段扶手椅型碳纳米管能有效打开石墨烯纳米带的带宽,将其金属性转变为半导体性,这一研究有助于设计和制作性能优良的半导体分子器件.     

梯子形石墨烯纳米条带输运性质的研究

在紧束缚近似下,采用Green函数和Landauer-Büttiker公式计算了梯子型石墨烯纳米条带的电子输运性质。结果表明,随着阶梯数的增加,梯子型石墨烯纳米条带电导峰以0.0 eV为中心发生对称分裂,中心电导峰减小直至消失;随着阶梯间间隔变大,电导峰减小。通过数值计算,揭示了该新型石墨烯结构电子输运的物理机制,为基于石墨烯的新器件的设计和优化提供理论指导。     

原子链耦合石墨烯电子输运性质的第一性原理计算

基于密度泛函理论,运用非平衡格林函数的方法,对B直线原子链、N直线原子链、Si直线原子链耦合石墨烯纳米带构成分子器件的电子输运特性进行了第一性原理模拟,计算得到3种不同构型分子器件的平衡电导,分别为1.16 G0,0.79 G0,1.16 G0.电荷布局计算结果表明,原子链耦合石墨烯改变了原子链原子的局域态密度,为电子的传输提供了更多的隧穿模式.在0~1.2 V时,对于graphene+5B,graphene+5Si分子器件的电流随着电压的增大而增大,其I-V关系近似为线性关系,表现出金属导电特性;而对于graphene+5N分别在0~0.7 V,0.9~1.2 V时,I-V关系近似为线性,但在0.7~0.8 V时却存在负微分电阻现象.     

边界掺Be原子石墨纳米带的自旋输运性质研究

采用基于第一性原理和非平衡格林函数的输运计算方法,研究了4个原子宽度锯齿（zigzag）型纳米带在边界掺Be原子时对输运性质的影响.结果发现：石墨纳米带呈半导体特性,杂质原子抑制了附近原子的局域磁性,改变了完整纳米带的电子结构,2种自旋电子将表现出不同的透射情况,且在费米面附近尤为明显.通过计算散射区的分子自洽哈密顿量（MPSH）能谱,发现2种自旋电子能级不再简并,在外加偏压下纳米带产生自旋极化电流.同时,在偏压低于1.5 V时,其中1种自旋电子出现负微分电阻现象（NDR）.     

电场作用下边缘修饰石墨烯纳米带的电磁性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理,研究了非金属原子(B,N)和金属原子(Na,Mn)边缘修饰不同宽度zigzag型石墨烯纳米带(ZGNR)的结构稳定性和电磁性质。并进一步研究了外加不同强度垂直电场对原子边缘修饰ZGNR电磁性质的调控规律,所有原子边缘修饰ZGNR体系均能形成稳定结构。在施加垂直于纳米带平面的电场强度后,随着电场强度的增大,[N-ZG]_4体系稳定性最好且基本不变,[Mn-ZG]_4体系稳定性增加,而[B-ZG]_4和[Na-ZG]_4体系稳定性降低;电场促进了边缘修饰原子(B,Na,Mn)的电荷进一步向石墨烯C原子转移,阻碍了电荷从石墨烯C原子向边缘N原子转移;N和Na修饰体系的磁性逐渐减小,而B和Mn修饰体系磁性逐渐增大。研究结果表明,外加不同强度电场可以有效调控原子边缘修饰ZGNR体系的结构稳定性、电子性质和磁性,能够为石墨烯纳米带在纳米电子领域的应用提供理论基础。     

Ti掺杂扶手椅型石墨烯纳米带电子和光学性质的第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法，深入研究了Ti掺杂对扶手椅石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构和光学性质的影响.研究表明：Ti原子的引入不会改变AGNR(7,4)原有的半导体性，但是可以通过改变掺杂位置和掺杂浓度来调控AGNR(7,4)的带隙；增大Ti掺杂的浓度，体系的带隙减小，其LUCB和HOVB的色散逐渐增大，LUCB和HOVB主要源于Ti原子及邻近C原子上电荷的贡献；Ti掺杂的AGNR(7,4)在3～9 eV的紫外线范围内能吸收特定波长的光，通过改变掺杂浓度可以有效地调节吸收强度.该项研究结果对石墨烯纳米带在纳米电子和光电器件的设计及应用中具有理论指导意义.     

含有碳链通道的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法,研究了含有多碳链通道的石墨烯纳米带的原子结构、电子能带结构与电子输运特性.结果表明,移除大量原子后含有双碳原子链的纳米带的能隙显著增大,这说明电子从占据态到未占据态的跃迁将更加困难;并且最高占据子能带与最低未占据子能带几乎与费米能级平行,说明边缘态几乎完全消失.电子输运特性的计算结果与电子能带结果是自洽的,碳链的引入导致纳米带电导隙的增大和费米能级位置电导的湮没.这说明通过电子束轰击的方式裁剪纳米带的原子结构来制备集成度更高、尺度更小的一维半导体纳米器件是可行的.     

侧吸附铁原子链锯齿形石墨纳米条带的输运性质的研究

本文利用基于密度泛函理论和非平衡格林函数的第一性原理计算对在侧边吸附一条铁原子链的锯齿形边界石墨条带的输运性质进行了研究.发现吸附在侧边的铁原子链更大程度地破坏其边界态从而使其产生较明显的自旋极化.无论从能带结构还是透射率来看体系的输运性质都是自旋极化的,而且相比于中间吸附的例子要明显.     

GaAs原子链耦合石墨烯电子输运性质的理论计算

基于密度泛函理论,运用非平衡格林函数对(GaAs)_4原子链耦合石墨烯纳米条带的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果发现通过改变原子链与石墨烯之间的距离可以有效调制系统的电子传输行为.当(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的距离d在0.10~0.28nm的范围内变化时,石墨烯、原子链上各自的电子传输要相互影响,且系统的平衡电导在2G_0~7G_0之间发生G_0(G_0=2e~2/h)整数倍的变化,即表现出量子化电导现象;当d0.28nm时,总的电导等于各自的电导之和,此时(GaAs)_4原子链与石墨烯之间的耦合很弱,各自的电子输运相互影响很小.