石墨烯納米帶電子性質(zhì)的研究.pdf

1、在過去數(shù)十年時(shí)間里,人們相續(xù)發(fā)現(xiàn)了眾多的碳材料,它們都是以碳原子為基礎(chǔ)構(gòu)成的材料,人們對其進(jìn)行了廣泛而深入的研究,特別在對碳納米管的研究中取得豐富的研究成果。在2004年,Andre Geim等人成功制備了新型的碳納米材料石墨烯引起了眾多科學(xué)研究者的興趣。在實(shí)際應(yīng)用石墨烯時(shí),如微納電路,人們迫切需要了解在幾何上受限制的石墨烯,如石墨烯納米帶(graphene nanoribbons,簡記為GNRs)等石墨烯系統(tǒng)的物理特性。
　　

2、 本文先介紹了石墨烯相關(guān)物理特性和石墨烯納米帶幾何結(jié)構(gòu)以及研究石墨烯納米帶的基本方法。我們根據(jù)緊束縛方法對兩種主要類型的石墨烯納米帶作了詳細(xì)研究。對扶手椅型石墨烯納米帶的緊束縛模型做了修正,新修正的模型結(jié)合了平面波方法和緊束縛方法。在建立了相應(yīng)的模型后,我們分別計(jì)算了兩類石墨烯納米帶在各種不同近鄰電子作用下的電子結(jié)構(gòu),給出了解析解,具體包括最近鄰、次近鄰和第三近鄰三種情況,對由次近鄰電子跳躍和第三近鄰電子跳躍而引起的電子能帶和能隙變化作

3、了比較,發(fā)現(xiàn)次近鄰電子跳躍使帶隙增大,第三近鄰電子跳躍使帶隙減小。同時(shí)也比較了邊界弛豫與非近鄰電子跳躍之間的互相競爭關(guān)系。當(dāng)石墨烯納米帶的寬度n為奇數(shù)時(shí),二維石墨烯的緊束縛模型中的范霍夫奇異性表現(xiàn)為AGNRs中的無色散帶。當(dāng)AGNRs寬度增加時(shí),納米帶的能譜趨向于二維石墨烯時(shí)的能譜結(jié)構(gòu)。
　　 由于石墨烯納米帶在實(shí)際應(yīng)用中需要不同的帶隙,我們討論了石墨烯納米帶在形變條件下的電子能帶結(jié)構(gòu)。我們根據(jù)彈性理論建立形變模型,然后根據(jù)Ha

4、rrison公式,求出在三種近鄰情況下的電子跳躍積分與在形變條件下引起的鍵長之間的解析關(guān)系。然后以第三章建立的理論方法為基礎(chǔ),我們給出了能帶隨形變程度變化的解析關(guān)系,重點(diǎn)討論在最近鄰情況下,不同形變程度對電子能帶結(jié)構(gòu)和能隙產(chǎn)生的影響。計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于鋸齒型石墨烯納米帶,拉伸或壓縮形變對其帶隙沒有影響,而對于扶手椅型石墨烯納米帶,拉伸或壓縮形變會(huì)改變它們的帶隙,并且對三種不同帶寬的情況有不同的影響。在形變參數(shù)一定情況下,當(dāng)帶寬趨于無限大時(shí)