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.     

局域体缺陷对石墨烯纳米带电子输运性质的影响

利用递归格林函数方法研究存在体空位时之字型边界石墨烯纳米带的电子输运性质。研究结果表明,纳米带的电导对体空位非常敏感。当体系存在一个单原子空位时,电导受到明显的压制,完美的量子化台阶消失。同时在费米能处存在一个电导沟;当体系存在一个双原子空位时,电导压制亦非常明显,但电导沟存在于第一能带带边处。局域态密度分析结果显示,电导沟的形成是因为电子态局限在体空位周围,不能形成有效的电子通道,从而导致体系电导下降。另外,当存在两个随机分布的单原子空位时,体系的电导存在共振透射峰,透射峰的数目随着两个体空位之间的距离改变而改变。计算结果发现,体空位之间的距离每增加3个超原胞,电导将会增加一个透射峰。     

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%.     

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...     

自洽法计算非晶硅的带隙态密度

本文叙述了一个场效应电导测量氢化非晶硅(a—Si:H)带隙态密度的数据处理方法。该法放弃了对空间电荷区电荷、电场和电势分布的任何假设,采用电子占据局域态的费米统计分布和占据扩展态的玻耳兹曼分布,应用自洽的原理,能够在较大的能量范围内计算出a-Si:H的带隙态密度分布,运算过程中以电势V为自变量,减少了对电势、电场和电荷密度等量空间分布的计算,简化了分析,提高了精度,减少了运算量。应用该法计算出了a—Si:H样品的带隙态密度在费米能级以上0.1eV到0.45 eV能量范围内的分布,它的最小值在费米能级附近,约为10~(16)cm~(-3)·eV~(-1)。     

多振子局域共振声子晶体导线带隙特性研究

为防止导线舞动对线路安全稳定运行造成危害,将附有3个串联振子的间隔棒周期性地排列在导线上,形成声子晶体导线结构,通过产生带隙达到导线减振的目的.本文推导建立了计算声子晶体导线结构振动频散关系的传递矩阵法.基于某舞动试验线路,计算得到了振动频散关系和带隙范围,并对相应的有限周期声子晶体导线进行了振动传输特性分析以进行对比验证.结果显示,在0~0.9Hz范围,三振子串联声子晶体导线结构存在3条低频振动带隙,在带隙频率范围内导线的振动会出现较大衰减,因此可利用带隙有效抑制导线舞动.     

BN纳米带几何结构和电子性质第一性原理研究

本文采用第一性原理研究了不同带宽下BN纳米带的几何结构与电子性质。研究结果表明：随着带宽的增大,BN纳米带边缘发生形变,键角增大,B-B键键长增大,当带宽约为1.7nm时,B-B键发生断裂;电子性质研究表明：随带宽减小,最高占据轨道(HOMO)/最低非占据轨道(LUMO)能隙减小。对电子态密度(DOS)及赝能隙分析表明：BN纳米带带宽越小在费米能级处DOS越大,且赝能隙越小,这和GNR比较相似,说明BN纳米带越窄电子越容易从价带向导带跃迁。     

用光生亚稳态方法测定α-Si∶H中带隙态密度分布

利用α-Si:H中扩展态电导激活能与光生亚稳态的依赖关系测定αSi:H在平衡费米能级以下0.3ev范围内的相对带隙态密度公布。测量结果的解释是直接的。     

正常金属/d波超导/正常金属双隧道结中的量子相干输运

考虑到量子相干效应和界面散射效应, 结合电子和空穴流对电导的贡献, 利用推广的Blonder-Tinklam-Klapwijk(BTK)方法, 研究正常金属/d波超导/正常金属双隧道结中的准粒子输运系数和隧道谱. 结果表明: 系统中的所有准粒子输运系数和电导谱都会随能量做周期性振荡, 其中Andreev反射系数在超导能隙之上随能量会出现周期性消失现象; 在绝缘层势垒强度取很大的隧道极限下, 超导层中会形成一系列准粒子束缚态.     

金属与聚乙炔环三端连接的电子输运性质

基于Landauer-Buttiker理论,用求解散射波函数的方法,研究了金属与环状聚乙炔链三端连接的电子输运性质.结果表明,在给定入射端的条件下,电导在正负能量上是对称的,当3个端口满足旋转对称性时,2个出射端的电导相同.电导随着导线与聚乙炔链间耦合强度的不同而呈现不同的性质,弱耦合时电导突变明显;耦合增强后,电导趋于稳定.各端的电导跟电子在该端口碳原子上的局域密度有关,随着导线与碳链间耦合强度的增大,局域密度随能量的振荡会减弱.     

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.     

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.     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

线缺陷对扶手型石墨烯纳米带能隙的调控

采用单轨道最近邻紧束缚模型,我们研究了线缺陷的位置、类型和强度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)能隙的调控.计算结果表明,对于带宽N为3n(n为整数)的半导体AGNRs,加一条位于Ni≠3m-1的两体线缺陷后(N_i为缺陷位置,m为整数),能隙关闭,纳米带呈金属性;而N=3n+1的半导体AGNRs关闭能隙的两体线缺陷位置为Ni≠3m-2.对于带宽N=3n+2的金属性AGNRs,可在Ni≠3m位置处加一条子格线缺陷打开能隙,使纳米带呈半导体性,同时在费米能附近出现一个波速为零的局域态;增加正常原子与缺陷原子之间的交叠积分,可使局域态消失,同时保持半导体性.利用格林函数方法,我们研究了一个两端口有限尺寸AGNRs的电子输运模型,计算了体系在有线缺陷时的透射系数和态密度,结果与能带谱计算结果相一致.     

边缘势效应对电子输运性质的影响

研究了磁场及无序杂质存在条件下,边缘势效应对磁场下二维无序杂质系统中的电子输运性质的影响.边缘势越小,电子输运通道越容易打开,电导"台阶"越易向能量小的区域平移;边缘势较大,电子需要较大的费米能才能打开一个量子通道,电导"台阶"越向右平移;边缘势一大一小时,"台阶"有先左后右的平移趋势.系统电导随着磁场的变化表现出周期性振荡行为,系统电导的极值也随边缘势的变大而减小.受杂质散射的影响,系统电导随无序杂质质量百分数的增大而减小.     

基于超薄样室中介质折射率的变化实现可控光子带隙的研究

在ETC (超薄样室)原子介质的受限系统中,处于EIA（电磁诱导吸收）条件下FWM（四波混频）信号会增强,这种增强效应与量子调控所产生的光子带隙有关,而光子带隙结构的变化会对四波混频信号起到增强或抑制的作用。本文章通过改变控制光Rabi 频率、气体密度以及控制光强度与失谐频率等参数来改变气体介质折射率,实现光子带隙可控。其可以应用在光开关,量子信息等量子控制方面。     

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.     

含单势垒量子隧穿结构电子稳恒输运中的接点效应(英文)

基于散射矩阵理论和费米-托马斯近似,通过对含单势垒的量子隧穿结构的研究,得到了稳恒输运中介观结构的电导特性.结果表明,稳恒条件下接触效应对介观体系中的电子透射以及内部特征势有明显的影响;电势降所呈现的电导特性与经典电路中的基尔霍夫定律相违背,整个介观体系的电阻不能简单地视为接触电阻和散射电阻串联,必须考虑接点和介观器件间的量子相干性.因此,接点效应对于进一步研究介观体系中的电子输运起到非常重要的作用     

晶界处碳含量对超纳米金刚石的结构及电学性质影响的第一性原理计算

采用MedeA.软件中基于密度泛函理论(DFT)下的平面波赝势方法的VASP软件包进行模拟,计算了不同晶界处碳含量对超纳米金刚石电子特性和结构特性的影响。从对优化后的结构分析来看,晶界处碳含量的增加会增加超纳米金刚石中sp~2-C的含量,并且会使金刚石晶粒最外层的原子产生一定程度的位移或改变其键角。分析不同晶界处碳含量超纳米金刚石的能带发现,晶界碳含量的增加会减小结构的带隙,并且会在带隙里引入悬键能级和与sp~2-C相关的π*能级。对3个结构态密度的分析发现,晶界含量的增加不仅会减小结构的带隙,还会增加带隙里悬键能级和π*能级的能态密度,减小电子从低能级跃迁到高能级所需的能量,从而增加超纳米金刚石的导电性。     

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.