一維受限空間納米結(jié)構(gòu)演化及電子輸運特性.pdf

1、一維納米材料以其可以用于電子有效傳輸?shù)木毜途S結(jié)構(gòu),已經(jīng)登上納米器件功能化和集成化的歷史舞臺,并且占據(jù)著越來越重要的地位,因此一維納米結(jié)構(gòu)的研究正在成為納米材料合成與組裝領(lǐng)域的熱點。研究一維納米材料的首要問題就是制備穩(wěn)定的一維納米結(jié)構(gòu)。實驗方面,納米管的中空結(jié)構(gòu)可以有效的阻止內(nèi)置材料被氧化,從而在其內(nèi)部得到優(yōu)良的納米線結(jié)構(gòu)；而在計算模擬方面,利用納米管作為模板在其內(nèi)部生長納米線結(jié)構(gòu)的方法也是獲得一維納米結(jié)構(gòu)的重要手段,并且也給我們提供了

2、新的手段去研究受限空間中物質(zhì)的相變。
　　 在表征金屬和合金材料電子輸運特性的眾多參數(shù)中電導尤為重要。近年來,超導材料的發(fā)現(xiàn)使一些氧化物材料也成為人們感興趣的超導研究對象,這就大大豐富了對材料電學性質(zhì)的研究。由于一維納米材料的小尺寸效應,使材料的研究產(chǎn)生一系列新的問題:ⅰ)納米金屬和合金與常規(guī)材料金屬與合金電導行為是否一致；ⅱ)電子在納米結(jié)構(gòu)體系中的運動和散射有什么新的特點；ⅲ)金屬氧化物在微觀狀態(tài)下是否也具有導電性能。這都是納

3、米材料電性能研究所面臨的新課題。因此本論文以純金屬錫、氧化鋅和硅鍺錫合金為例研究了上述三方面問題。
　　 論文采用分子動力學模擬方法研究了碳納米管中金屬錫納米線結(jié)構(gòu)演化以及納米線的電學特性。通過計算發(fā)現(xiàn)納米線在管內(nèi)的生長行為分為平行和螺旋兩種模式。對納米線和納米管的復合結(jié)構(gòu)施加外壓,兩者會發(fā)生不同程度的扭曲和收縮,其中螺旋五鏈結(jié)構(gòu)納米線是抗壓能力最強的一條。由于結(jié)構(gòu)的改變導致電子在納米線內(nèi)的散射發(fā)生變化,從而導致納米線的電流電壓

4、曲線呈現(xiàn)出非線性特點,并且隨著結(jié)構(gòu)所承受的外壓的增大而變得陡峭。
　　 論文中還采用幾何優(yōu)化的方法分別研究了納米管內(nèi)氧化鋅分子和硅鍺錫原子的生長結(jié)構(gòu)。隨著納米管模板直徑的增大,內(nèi)置的氧化鋅納米線發(fā)生從螺旋單鏈到平行多鏈的結(jié)構(gòu)演化,而納米線的電導也隨之改變,并且在低電壓區(qū)會出現(xiàn)電導隙,這個電導隙是由量子尺寸效應引起的,其寬度是由最高分子占據(jù)軌道和最低分子未被占據(jù)軌道的差值決定。
　　 對于多鏈螺旋同軸的合金納米線,不同的元