扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构的应力调控

当单轴拉伸应变沿扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅边沿时,利用静力学方法建立石墨烯纳米带的键角、键长与应力的解析关系;利用紧束缚方法对扶手椅边石墨烯纳米带的能带与能隙及应力的关系进行解析计算.研究结果表明:微小应变会导致纳米条带的能带宽度发生变化,并打开金属型扶手椅石墨烯纳米带能隙,费米能级附近的半导体型扶手椅石墨烯纳米带的能隙宽度也相应地发生改变;能隙随应变呈线性的周期变化,并且表现出明显的震荡现象;可达到的最大能隙随应力增大有所增大,随条带横向原子数m增大而减小.     

掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为N(a)=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位...     

弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子性质的影响

石墨烯纳米带并不是一个完全平整的结构,而是一个准平面结构．为了研究非平整对石墨烯纳米带电子结构的影响,利用紧束缚方法和轨道杂化理论,研究了弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响．计算结果表明：扶手椅型石墨烯纳米带电子性质与弯曲的程度有关,且在高能部分影响较大;当纳米带的宽度一定时,随着弯曲程度的增加,能带的带隙随之增加．     

张应力对石墨烯能量带隙的影响

在不考虑电子与电子之间相互作用的情况下,采用紧束缚近似和线性弹性理论解析计算石墨烯在张应力作用下的能量色散.计算结果表明:沿锯齿方向的张应力能使石墨烯产生能量带隙,这个带隙是临界的,需要超过24.5％的临界变形;沿扶手椅方向的张应力不能使石墨烯产生能量带隙;石墨烯能量带隙的获得是处在第一布里渊区的两个非等价的狄拉克点合并的结果;当应变沿扶手椅方向时,2个非等价的狄拉克点随着应变的增大向相反的方向移动不会合并,而当应变沿锯齿方向时;2个非等价的狄拉克点随应变增大彼此接近,最终合并.     

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.     

扶手椅型石墨烯纳米带在单轴应力下的能隙调控

利用紧束缚方法研究了扶手椅型石墨烯纳米带沿其长度方向受单轴应力的电子能谱及能隙与形变量的关系.结果表明:在一定的应力下,3m和3m+1型纳米带的能隙随纳米带宽度的变化呈现零能隙拐点,而这种拐点随着非近邻项的逐渐计入向着纳米带宽度窄的方向移动.当带宽较窄时,无论非近邻项是否计入,除了3m+2外,只有3m的三近邻情形能隙与形变量(小形变)的曲线才有拐点;随着宽度的增加,除了3m+1的最近邻情况外,3种宽度3m,3m+1和3m+2都出现零能隙拐点.     

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。     

堆叠方法与堆叠层数对扶手型石墨烯纳米带电子能带的影响

摘要：根据紧束缚模型理论,研究了AA堆叠与AB堆叠的双层扶手型石墨烯纳米带和少层扶手椅型石墨烯纳米带的能带结构,并相应地给出了解析解．改变双层扶手型石墨烯纳米带空间的拓扑结构,能带与能隙也相应地随之变化;另外,当扶手型石墨烯纳米带的带宽n不变时,随着层数的增加,能带结构随之变化,能隙则成指数型减小．     

曲率效应对扶手椅型碳纳米管电子性质的影响

在考虑曲率效应对扶手椅型碳纳米管(SWNt)最近邻碳原子交叠积分影响的情况下,利用紧束缚模型和玻恩-卡门边界条件解析地推导扶手椅型SWNT的能带、态密度和电子公有化运动速度.对扶手椅型SWNT电子性质的分析发现:考虑曲率效应后扶手椅型SWNT仍然是金属管,但其能带的总能减小,其态密度的导电平台变窄且其电子公有化运动速度变小.     

空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响

为了了解空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算含不同空位碳原子数的缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电子结构。研究结果表明:含缺陷的zigzag型石墨烯纳米带都呈现出类金属性的电子结构特征,其电子结构与缺失碳原子的含量及缺陷位置附近碳原子的饱和度密切相关;缺陷的存在会引入缺陷能级,当缺失的碳原子数为奇数时,费米面附近存在3条能级;当缺失的碳原子数为偶数时,费米面附近只有2条能级;随着空位缺陷的增加,缺陷处碳原子的不饱和度也增加,从而费米能附近的态密度峰出现相应衰减。     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

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.     

一维到二维石墨烯声子热传导的分子动力学模拟

利用非平衡态分子动力学方法研究石墨烯纳米带的热导率与维数变化之间的过渡关系.改变石墨烯纳米带的宽度,令其从准一维过渡到二维,其热导率和长度L之间的关系也由κ∝Lβ过渡到κ∝ln L.增加石墨烯的层数,令其从二维过渡到三维,发现由单层变化到两层时,其热导率明显降低,再增加层数时热导率没有明显变化;相同尺寸不同类型的石墨烯纳米带,锯齿型石墨烯纳米带的热导率明显高于扶手椅型石墨烯纳米带的热导率.     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附钛原子链的电子结构和磁性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带(10G、11G、12G和13G)吸附zigzag型Ti原子链的几何结构、电子性质和磁性。结果表明,zigzag型Ti原子链可以稳定吸附在石墨烯纳米带表面。Ti原子链吸附在纳米带的边缘洞位(10G-1、11G-1、12G-1和13G-1)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加。Ti原子链吸附在不同宽度石墨烯纳米带的不同位置,呈现不同的电子结构特性。其中,10G-1、10G-2和11G-2的吸附体系表现出半金属特性,其余吸附体系都为金属性质。同时,石墨烯纳米带吸附Ti原子链的体系具有磁性,其磁性主要来源于Ti原子。当Ti原子链吸附在纳米带边缘洞位时,zigzag原子链上A类Ti原子的磁矩总是小于B类Ti原子的磁矩;随着Ti原子链移向纳米带中心,两类Ti原子的磁矩趋于相等。研究结果揭示,通过吸附zigzag型Ti原子链,可以有效调控石墨烯纳米带的电子结构与磁性质。     

磷烯硼碳二磷异质结电子输运性质的掺杂调控

利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理计算方法,研究了有限偏压下扶手椅边缘和锯齿边缘磷烯-硼碳二磷(P-BC_2P)范德瓦尔斯异质结的电子输运性质,以及N型电子/P型空穴掺杂对2种边缘形貌异质结电子输运性质的影响.研究结果表明:(1)有限偏压下,2种边缘形貌P-BC_2P范德瓦尔斯异质结均呈现非线性变化和负微分电阻效应.扶手椅边缘P-BC_2P异质结的电流增长快于扶手椅边缘磷烯纳米带,锯齿边缘P-BC_2P异质结的电流增长慢于锯齿边缘磷烯纳米带.(2)掺杂浓度0.001～0.01 e/atom范围内,N型电子/P型空穴掺杂能有效调控P-BC_2P异质结的电导.相比未掺杂,扶手椅边缘P-BC_2P异质结的电导在P型空穴掺杂时最多增加和最多减少均为20%,在N型电子掺杂时最多减少46.7%;锯齿边缘P-BC_2P异质结的电导在P型空穴掺杂时最多增加196%,在N型电子掺杂时最多增加164%.     

石墨烯纳米带热导率的分子动力学模拟

采用非平衡态分子动力学方法研究了石墨烯纳米带的热导率随温度变化的关系.通过在纳米带长度方向上施加周期性边界条件,利用Tersoff作用势和Fourier定律计算热导率.由于模拟尺寸较小时热导率随纳米带长度的增加而单调增加,为了减小长度对石墨烯纳米带热导率的影响,采用倒数拟合的方法消除了尺寸效应.模拟结果表明,石墨烯纳米带热导率随温度升高逐渐减小,这与高温下Umklapp散射作用的增强有关.结果还表明,在实际宽度近似相等的条件下,锯齿形纳米带的热导率明显高于扶手椅形,且对相同类型的纳米带,其热导率随宽度的增加而增加,表明纳米带的手性和宽度是影响石墨烯纳米带导热性能的重要参数.     

吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响简

利用抛物型电子能谱模型,求出了半导体基底的态密度和半导体基底上形成的外延石墨烯的态密度,并与理想单层石墨烯的态密度相比较,分析外延石墨烯态密度特点和能隙产生的条件.以Si基底上形成的外延石墨烯为例,论述了外延石墨烯态密度按能量分布的特点和吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响.结果表明:(1)外延石墨烯的局域态密度曲线与理想单层石墨烯和基底的态密度曲线不同,它不具有对零能量的左右对称性;(2)吸附不仅使理想单层石墨烯和半导体基底的态密度曲线对零能量的左右对称性受到破坏,而且改变了石墨烯的能隙宽度;(3)外延石墨烯的能隙宽度随着半导体基底与石墨烯相互作用能的增大而增大,但变化较小.     

电子在硅掺杂石墨烯结构中的输运特性

该文利用密度泛函理论计算了石墨烯6×3×1单层分子中的电子传输特性.计算结果表明,Si掺杂位置不同,石墨烯的能带结构发生改变.然后沿锯齿型方向加电极电压0.5V,再分别沿锯齿型方向和扶手椅型方向进行掺杂,利用Dmol~3模块分析得到其传输特性曲线.计算结果表明,在掺杂原子均匀分布时,在其两端加正向电压和反向电压的情况下,电子传输相对较为稳定.当沿锯齿型方向和扶手椅型方向间隔掺杂时,电子反向传输浮动较大.并且发现在扶手椅型方向上掺入Si原子增多,则电子传输曲线峰值降低,符合欧姆定律的特性.     

吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响

利用抛物型电子能谱模型,求出了半导体基底的态密度和半导体基底上形成的外延石墨烯的态密度,并与理想单层石墨烯的态密度相比较,分析外延石墨烯态密度特点和能隙产生的条件.以Si基底上形成的外延石墨烯为例,论述了外延石墨烯态密度按能量分布的特点和吸附对外延石墨烯态密度和能隙的影响.结果表明:(1)外延石墨烯的局域态密度曲线与理想单层石墨烯和基底的态密度曲线不同,它不具有对零能量的左右对称性;(2)吸附不仅使理想单层石墨烯和半导体基底的态密度曲线对零能量的左右对称性受到破坏,而且改变了石墨烯的能隙宽度;(3)外延石墨烯的能隙宽度随着半导体基底与石墨烯相互作用能的增大而增大,但变化较小.     

LaMnO3/SrMnO3超晶格应变下的电磁性质

采用基于第一性原理的密度泛函理论研究正交超晶格结构LaMnO3/SrMnO3 (LMO/SMO)晶格结构、轴向应变及电磁结构的影响.理论计算结果表明,LMO/SMO随a、b、c及ac方向的轴向应变变化均是铁磁性状态比反铁磁性状态更稳定.Sr掺杂后,LMO正交结构仍保留明显的晶格畸变,SMO的面心立方结构的晶格畸变增加,Mn的3d态及O的2p态在不同的轴向应变下更加复杂.Mn的3d态轨道分波态密度随着负应变的增大,自旋向上和自旋向下态密度趋向于对称,磁性趋向于零.