单壁碳纳米管能带及其电子特性研究

从能带理论出发,采用电子紧束缚能量色散关系,推导锯齿,扶手椅和手性单壁碳纳米管(SWCNT)的电子能带结构表达式,指出单壁碳纳米管或为金属或为半导体的判据。结果表示:单壁碳纳米管的电子结构与其几何结构密切相关,如扶手椅型单壁碳纳米管是金属性的,而对其它类型的单壁碳纳米管是与碳纳米管的手性指数有关,只有手性指数n和m的差别等于3的倍数时,单壁碳纳米管是金属性的,否则会显出有带隙的半导体特性。这意味着单壁碳纳米管是由特殊的电子传输和光学性质,在纳米电子学领域具有巨大的潜在应用价值。     

卷曲方式对Rh原子在单壁碳纳米管内外吸附的影响

碳纳米管曲率与卷曲方式是同时存在并影响金属原子在碳纳米管内外吸附行为的重要因素, 单独研究卷曲方式对金属吸附行为的影响较困难. 选取曲率相近、卷曲方式不同的扶手椅型(6, 6)、锯齿型(10, 0)与手性(8, 4)单壁碳纳米管(SWCNT), 利用密度泛函理论研究了Rh原子在SWCNT内外的吸附行为. 构型优化表明:由于SWCNT卷曲方式不同, 导致Rh原子在(6, 6),(10, 0)与(8, 4)SWCNT内外吸附的稳定构型不同; 不同卷曲方式亦使SWCNT与Rh原子相互作用的C原子不同, 导致Rh 关键词： 密度泛函理论 单壁碳纳米管 Rh原子 卷曲方式     

石墨烯纳米带卷曲效应对其电子特性的影响

石墨烯纳米带 (GNRs) 是一种重要的纳米材料, 碳纳米管可看作是GNRs卷曲而成的无缝圆筒. 利用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了GNRs卷曲变形到不同几何构型时, 其电子特性, 包括能带结构 (特别是带隙) 、态密度、透射谱的变化规律. 结果表明: 无论是锯齿型GNRs (ZGNRs) 或扶手椅型GNRs (AGNRs), 在其卷曲成管之前, 其电子特性对卷曲形变均不敏感, 这意味着GNRs的电子结构及输运特性有较强地抵抗卷曲变形的能力. 当GNRs 卷曲成管后, ZGNRs和AGNRs表现出完全不同的性质, ZGNRs几乎保持金属性不变或变为准金属; 但AGNRs的电子特性有较大的变化, 出现不同带隙半导体、准金属之间的转变, 这也许密切关系到碳纳米管管口周长方向上的周期性边界条件及量子禁锢的改变. 这些研究对于了解GNRs电子特性的卷曲效应、以及GNRs与碳纳米管电子特性的关系 (结构与特性的关系) 有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 卷曲效应 电子特性 密度泛函理论     

扶手椅型单壁碳纳米管中的B/N对共掺杂

利用第一性原理电子结构计算方法,研究了扶手椅型单壁碳纳米管（SWCNT）的B/N对掺杂效应.研究发现,对于扶手椅型SWCNT两个不同的掺杂位点,B/N对更容易发生在与管轴线成30°角的P₁位点上.B/N对的掺杂使得金属性SWCNT能隙打开,且能隙随着B/N对轴向掺杂浓度的升高而逐渐增大.同时,还发现两B/N对掺杂后SWCNT的电子结构敏感地依赖于B/N对在圆周上的相对位置,能隙随着B/N对相对距离的增大而增大.这归结于B/N对的掺入影响了原有的电荷分布,这种影响是局域的 关键词： 单壁碳纳米管 B/N对掺杂 电子结构 第一性原理     

单壁碳纳米扶手椅、锯齿管声子色散关系的计算

引用石墨经验力常数计算碳纳米管声子色散关系时，必须处理由二维平面卷曲形成三维实体纳米管所引入的问题. 报道对一系列扶手椅和锯齿单壁碳纳米管计及卷曲效应的声子色散关系的计算结果. 基于实际的数值计算结果，以及对单壁碳纳米扶手椅、锯齿管结构的对称性分析，讨论了Brillouin区中心Γ点晶格振动模的分类. 关键词： 碳纳米管 声子色散关系     

碳纳米管量子点的电子输运

在紧束缚近似下,利用常量相互作用模型和Landauer-Bütticker公式,计算了扶手椅型和金属锯齿型碳纳米管量子点的电导。发现,根据碳纳米管量子点的长度的不同,扶手椅型碳纳米管量子点的电导可以具有两电子或四电子的壳层结构。而锯齿型碳纳米管量子点的电导却仅有四电子的壳层结构,与长度无关;这些理论结果与之前的实验结果符合的很好。     

低偏压下单层碳纳米管的输运特征

系统地计算了各种手性碳纳米管最低导带的电子速度和有效质量的变化规律,在此基础上推断手性碳纳米管低偏压下的输运特征,计算表明:在低偏压电子输运时,同一系列(手性角相同)的各种手性金属碳纳米管的输运性质相同,与管径无关,但不同系列的手性金属碳纳米管的输运性质有明显区别;而同一系列的各种手性半导体型碳纳米管的输运性质有一定差异,但不同系列的手性半导体型碳纳米管的输运性质有着显著差异.这一结果说明:碳纳米管在低偏压下的输运特征与系列有着密切的关系,手性角是决定各种碳纳米管在低偏压下具有不同输运性质的最关键的几何参 关键词： 碳纳米管 手性角 电子速度 有效质量     

C/SiC纳米管异质结电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对扶手椅型(4,4)和(6,6)及锯齿型(8,0)和(10,0)C/SiC纳米管异质结的电子结构进行了研究.结果表明两类异质结结构都表现为半导体特性.扶手椅型纳米管异质结形成了Ⅰ型异质结,电子和空穴都限制在碳纳米管部分.锯齿型纳米管异质结中价带顶主要分布在碳纳米管部分及C/SiC界面处,而导带底均匀分布在整个纳米管异质结上.这两种异质结结构在未来纳米器件中具有潜在的应用价值. 关键词： C/SiC纳米管异质结 第一性原理 电子结构     

掺杂六角形石墨烯电子输运特性的研究

锯齿型和扶手椅型六角形石墨烯分别跨接在两Au电极上, 构成分子纳器件, 同时考虑对六角形石墨烯分别进行B, N和BN局部规则掺杂. 利用第一性原理方法, 系统地研究了这些器件的电子输运特性. 计算结果表明: B及BN掺杂到扶手椅型六角形石墨烯, 对其电流有较好的调控效应, 同时发现本征及掺杂后的锯齿型六角形石墨烯均表现为半导体性质, 且N及BN掺杂时, 表现出明显的负微分电阻现象, 特别是N掺杂的情况, 能呈现显著的负微分电阻效应, 这也许对于发展分子开关有重要应用. 通过其透射特性及掺杂诱发的六角形石墨烯电子结构的变化, 对这些结果的内在原因进行了说明.     

曲率效应对超小碳纳米管电子性质的影响

在考虑曲率效应的情况下,在螺旋坐标系下解析地推导了非手性的碳纳米管(SWNTs)(包括扶手椅型和锯齿型)的能量色散关系,并分析了曲率效应对超小扶手椅型SWNTs的能带、能隙和导电能力及其对超小锯齿型SWNTs(包括扶手椅型和锯齿型)的能隙的影响.     

First-principle study of Mg adsorption on Si（111） surfaces

We have carried out first-principle calculations of Mg adsorption on Si(111) surfaces. Different adsorption sites and coverage effects have been considered. We found that the threefold hollow adsorption is energy-favoured in each coverage considered, while for the clean Si(111) surface of metallic feature, we found that 0.25 and 0.5 ML Mg adsorption leads to a semiconducting surface. The results for the electronic behaviour suggest a polarized covalent bonding between the Mg adatom and Si(111) surface.     

Near-Field Optical Identification of Metallic and Semiconducting Single-Walled Carbon Nanotubes

Single-walled carbon nanotubes(SWCNTs),due to their outstanding electrical and optical properties,are expected to have extensive applications,such as in transparent conductive fims and ultra-small field-effect transistors(FETs).However,those applications can only be best realized with pure metallic or pure semiconducting SWCNTs.Hence,identifying and separating metallic from semiconducting SWCNTs in as-grown samples are crucial.In addition,knowledge of the type of an SWCNT is also important for further exploring its new properties in fundamental science.Here we report employing scanning near-field optical microscopy(SNOM) as a direct and simple method to identify metallic and semiconducting SWCNTs on SiO_2/Si substrates.Metallic and semiconducting SWCNTs show distinct near-field optical responses because the metallic tubes support plasmons whereas the semiconducting tubes do not.The reliability of this method is verified using FET testing and Rayleigh scattering spectroscopy.Our result demonstrates that the SNOM technique provides a reliable,simple,noninvasive and in situ method to distinguish between metallic and semiconducting SWCNTs.     

Study on the electronic structure and hydrogen adsorption by transition metal decorated single wall carbon nanotubes

The ground state geometry and electronic structure of various 4d transition metal (TM) atom (Y, Zr, Nb and Mo) decorated single wall carbon nanotubes (SWCNTs) are obtained using density functional theory and the projector augmented wave (PAW) method. We found a systematic change in the adsorption site of the transition metal atom with increasing number of d electrons. We also predicted that Y and Zr decorated SWCNTs are metallic whereas Nb and Mo decorated SWCNTs are semiconducting. From detailed electronic structure and Bader charge analysis we found that the systematic variation of the adsorption site with the number of d electrons is related to the decreasing amount of charge transfer from the TM atom to the SWCNT along the 4d series. We have also studied the hydrogen adsorption capabilities of these decorated SWCNTs to understand the role of transition metal d electrons in binding the hydrogen molecules to the system. We found that metallic SWCNT + TM systems are better hydrogen adsorbers. We showed that the hydrogen adsorption by a TM decorated SWCNT will be maximum when all the adsorptions are physisorption and that the retention of magnetism by the system is crucial for physisorption.     

Single‐wall carbon nanotube interactions with copper‐oxamato building block of molecule‐based magnets probed by resonance Raman spectroscopy

The electronic interactions between the [Cu(opba)]²⁻ anions (where opba is orthophenylenebis (oxamato)) and single‐wall carbon nanotubes (SWCNTs) were investigated by resonance Raman spectroscopy. The opba can form molecular magnets, and the interactions of opba with SWCNTs can produce materials with very different magnetic/electronic properties. It is observed that the electronic interaction shows a dependence on the SWCNT diameter independent of whether they are metallic or semiconducting, although the interaction is stronger for metallic tubes. The interaction also is dependent on the amount of complex that is probably adsorbed on the carbon surface of the SWCNTs. Some charge transfer can be also occurring between the metallic complex and the SWCNTs. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质

采用第一性原理方法研究了表面氢化的双层氮化硼的结构和电子性质.考虑了表面氢化的双层BN可能存在的六种主要构型,计算结果表明:AB-BN和AA-BN两种构型最为稳定.进一步分析了氢化后的双层BN最稳定构型的能带和电子性质.AB-BN和AA-BN两种构型的原子薄片均为直接带隙半导体,GGA计算的带隙值分别为1.47 eV和1.32 eV.因为GGA通常严重低估带隙值,采用hybrid泛函计算得到带隙值分别为2.52eV和2.34 eV.在最稳定的AB-BN和AA-BN两种构型中,B-N键呈现共价键,而B-H和N-H则具有明显的离子键的特点.在双轴应变下氢化双层BN原子薄片可以被连续地调节带隙,当晶格常数被压缩约8%时,原子薄片由半导体性转变为金属性.     

β-碳化硅/碳纳米管核壳结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法研究了β-碳化硅/(15, 0) 碳纳米管和β-碳化硅/(16, 0)碳纳米管核壳结构的电子结构特性. 结果表明, 两种核壳异质结构都呈现出金属性, 它们的金属性主要是由碳纳米管和碳化硅纳米线表面的原子所贡献的. 碳化硅纳米线表面呈现的金属性由其结构本身决定, 而对于金属性的 (15, 0) 和半导体性的 (16, 0) 碳纳米管在填充碳化硅纳米线之后都表现出金属性, 主要是由于碳纳米管和碳化硅纳米线之间的电荷转移导致的, 而并不是由于碳纳米管形变造成的. 关键词： 核壳结构 电子结构 第一性原理