氧化锌/硫化锌异质纳米线结构和电子性质比较研究

用第一性原理方法系统研究氧化锌/硫化锌超晶格纳米线和核壳结构纳米线的结构和电子性质.结构优化后,氧化锌/硫化锌异质结构纳米线和纯氧化锌或硫化锌纳米线结构相似.对于两种异质结构纳米线,能带结构显示他们都是直接带隙半导体.对于氧化锌/硫化锌超晶格纳米线,随着径向厚度的增加,能带变的越来越水平.对于核壳结构纳米线,分波态密度显示它们都是Ⅱ型异质结构.研究有助于理解这类异质结构纳米线以及它们在电子发动机及光伏设备方面的应用.     

β-SiC(001)-(2×1)表面结构的第一性原理研究

利用缀加平面波加局域轨道(APW+LO)的第一性原理方法计算了β-SiC(001)-(2×1)表面的原子及电子结构. 原子结构的计算结果表明，与Si(001)-(2×1) 表面的非对称性Si二聚体模型不同，β-SiC(001)-(2×1)表面为对称性的Si二聚体模型，其二聚体的Si原子间键长也较大，为0.269nm. 电子结构的计算结果表明，在费米能级处有明显的态密度，因此β-SiC(001)-(2×1)表面呈金属性. 在带隙附近存在四个表面态带,其中的两个占有表面态带已由价带的同步辐射光电子能谱实验得到证实. 关键词： 碳化硅 缀加平面波加局域轨道方法 原子结构 电子结构     

多壳层铜纳米线结构和电子特性的第一性原理研究

基于密度泛函理论框架下的第一性原理计算,系统地研究了多壳层Cu纳米线的稳定结构和电子特性.得到不同线径多壳层Cu纳米线的平衡态晶格常数相差不大,都表现出金属特性,且其单原子平均结合能和量子电导随着纳米线直径的增加而增加.纳米线中内壳层Cu原子表现出体相结构Cu原子相似的电子特性,而表面壳层由于配位数的减少,其3d态能量范围变窄且整体向费米能级发生移动.电荷密度分析表明,相对于体相Cu晶体中原子间的相互作用,纳米线表面壳层Cu原子与其最近邻原子间的相互作用明显增强.     

ZnO/CuO 核壳结构纳米线光致发光性能 与CuO壳层厚度的关系

通过分别生长核层与壳层制备出了ZnO/CuO核壳结构的纳米线。形貌和结构分析表明,ZnO核为单晶纳米线而CuO则以多晶形式覆盖在核层表面上。光致发光(PL)研究表明,ZnO纳米线PL强度随CuO壳层厚度的变化而变化。当壳层比较薄时ZnO的PL强度增大,这主要是由于CuO壳层对ZnO核层的修饰减少了表面态,而当壳层厚度增加到一定程度时,ZnO的PL强度不再变化,这主要是由于在核壳结构中形成了type-I型结构的原因。我们对这一现象做了详细的讨论。     

硼径向掺杂锯齿形碳纳米管拉伸应变下能带结构的研究

本文采用基于密度泛函的第一性原理方法对硼径向掺杂锯齿形碳纳米管(6,0)-(10,0)拉伸应变下能带结构进行了研究。研究结果表明:未掺杂锯齿形碳纳米管(6,0)和(9,0)表现为金属性;其余的碳纳米管表现为半导体性。在未进行拉伸且掺杂一个、两个硼原子时,内禀金属性碳纳米管(6,0)和(9,0)依然表现为金属性。由于进一步的σ-π杂化以及杂质带的引入导致碳纳米管能带结构发生较大的变化,碳纳米管(7,0),(8,0),(10,0)由原来窄带隙半导体性转变为金属性,且随着掺杂硼原子的个数增多,能带图中的价带逐渐往导带转变,金属性逐渐变强。我们发现,不管是掺杂一个硼原子还是两个硼原子,硼掺杂碳纳米管(6,0)-(10,0)在拉伸量0%-10%之间依然表现为金属性;且随着拉伸量的增加,费米能级向导带移动的距离越大,金属性变弱。此结果能为设计和开发新型的碳纳米管元件提供理论参考。     

CrO2块体及其(0 0 1)和(1 0 0)表面的电子结构和磁性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们研究了CrO2块体以及其(1 0 0)和(0 0 1)表面的磁性和电子结构。CrO2(1 0 0)表面中表面层Cr原子向内收缩,而(0 0 1)表面中的表面层Cr原子却向外伸展;越往内层,原子驰豫幅度越小。由于表面效应。表面层原子的磁矩有了大幅的提升,其中(1 0 0)表面中表面层Cr原子的磁矩最高,为3.03μB。电子结构计算表明,CrO2 (1 0 0)和(0 0 1)表面均保持了块体中良好的半金属性,并且半金属带隙在(1 0 0)表面中受到了进一步的拓宽,因此具有更稳定的半金属性     

3d过渡金属Co掺杂核壳结构硅纳米线的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了横截面为五边形和六边形的核壳结构硅纳米线的过渡金属Co原子替代掺杂.通过比较形成能发现,核心位置掺杂、壳层单链掺杂以及外壳层全替代掺杂的硅纳米线都具有稳定性,其中核心位置掺杂结构的稳定性最高.掺杂体系均呈现金属性,随着掺杂浓度的增加,电导通道数增加.Co原子掺杂的硅纳米线呈现铁磁性,具有磁矩.Bader电荷分析表明,电荷从Si原子转移至过渡金属Co原子.与自由态时过渡金属Co原子的磁矩相比,体系中Co原子的磁矩有所降低,这主要是由Co原子4s轨道向3d/4p轨道的电荷转移以及4s,3d,4p的上自旋电子转移至下自旋导致的.     

Cu/C核/壳纳米结构的气相合成、形成机理及其光学性能研究

采用乙酰丙酮铜为原料, 通过化学气相沉积大批量制备出Cu/C核/壳纳米颗粒和纳米线. 研究结果表明, 通过控制沉积温度可对Cu/C核/壳纳米材料的形貌和结构进行很好的控制. 比如, 沉积温度为400 ℃时可获得直径约200 nm的Cu/C核/壳纳米线, 沉积温度为450 ℃ 时可获得直径约200 nm的Cu/C核/壳纳米颗粒和纳米棒的混合产物, 沉积温度为600 ℃时可获得直径约22 nm的Cu/C核/壳纳米颗粒. 获得的Cu/C核/壳纳米结构是由一个新颖的凝聚机理形成的, 而这种机理不同于著名的溶解-析出机理. 紫外-可见光谱和荧光光谱分析结果表明: Cu/C核/壳纳米线和纳米颗粒均在225 nm处出现Cu的吸收峰, 同时在620 和616 nm处分别出现了纳米线和纳米颗粒的表面等离子共振吸收峰. Cu/C核/壳纳米线在312 和348 nm处、 Cu/C核/壳纳米颗粒在304 和345 nm处出现荧光发射谱峰. 关键词： Cu/C核/壳结构 纳米线 纳米颗粒 光学性能     

碳纳米管-硅纳米线复合结构的形成和热稳定性

通过分子动力学方法模拟了在碳纳米管内填充一定数目的半导体元素硅形成碳纳米管-硅纳米线复合结构的过程,并采用Lindemann指数研究了这种复合结构的热稳定性．计算结果表明,当考虑碳纳米管和硅纳米线轴向方向的周期性边界条件之后,在C（13,0）和C （14,0）碳纳米管内能够形成亚稳结构的硅纳米线Si₁₆NW和Si₂₀NW,从而获得一种碳纳米管-硅纳米线的新型复合结构．通过计算这种复合结构的Lindemann指数,可以看到由于碳纳米管的保护作用,碳纳米管包裹的硅纳 关键词： 复合结构 纳米线 碳纳米管 分子动力学     

CrO_2块体及其(001)和(100)表面的电子结构和磁性质

基于密度泛函理论的第一性原理计算,我们研究了CrO_2块体以及其(100)和(001)表面的磁性和电子结构.CrO_2(100)表面中表面层Cr原子向内收缩,而(001)表面中的表面层Cr原子却向外伸展;越往内层,原子驰豫幅度越小.由于表面效应.表面层原子的磁矩有了大幅的提升,其中(100)表面中表面层Cr原子的磁矩最高,为3.03μB.电子结构计算表明,CrO_2(100)和(001)表面均保持了块体中良好的半金属性,并且半金属带隙在(100)表面中受到了进一步的拓宽,因此具有更稳定的半金属性     

Cr掺杂ZnO纳米线电子性质和磁性质

本文采用第一性原理密度泛函理论系统的研究了Cr原子单掺杂和双掺杂两种尺寸ZnO纳米线的电子性质和磁性质.所有掺杂纳米线的形成能都比纯纳米线的形成能低,表明掺杂增强了纳米线的稳定性.研究发现Cr原子趋于替代纳米线表面的Zn原子.所有掺杂纳米线都显示了金属性.纳米线的总磁矩主要来源于Cr原子3d轨道的贡献.由于杂化,相邻的O原子和Zn原子也产生了少量自旋.在超原胞内,Cr和O原子磁矩反平行排列,表明它们之间是反铁磁耦合.表面双掺杂纳米线铁磁态能量比反铁磁态能量低149 meV,表明Cr掺杂ZnO纳米线可能获得室温铁磁性.     

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。     

碳纳米管内金纳米线的结构与热稳定性

采用分子动力学模拟方法, 研究了填充在(8,8)单壁碳纳米管内的Au纳米线的结构和热稳定性. 研究表明, 经高温退火至室温, Au在碳纳米管内能生成多样而稳定的结构上明显区别于自由状态Au纳米线的壳层螺旋结构Au纳米线, 其螺旋结构会随着温度的变化而转变. 束缚在碳纳米管内的壳层螺旋结构Au纳米线有非常好的热稳定性, 稳定温度高于块体Au晶体的熔化温度. 关键词： 纳米线 碳纳米管 热稳定性 分子动力学模拟     

镍掺杂硅纳米线电子结构和光学性质的第一性原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,对镍掺杂硅纳米线的结构稳定性、电子与光学性质进行了研究.结果表明:Ni容易占据硅纳米线表面的替代位置.镍掺杂后的硅纳米线引入了杂质能级,杂质能级主要来源于Ni的3d电子的贡献.由于Ni的3d态和Si的3p态的耦合作用,使禁带宽度变窄.掺杂后的硅纳米线在低能区出现了一个较强的吸收峰,且吸收带出现宽化现象. 关键词： 硅纳米线 掺杂 电子结构 光学性质     

外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究

利用外加电场的方法，对多壁碳纳米管的结构稳定性进行了研究.结果表明当场强达到30 V/nm时，碳纳米管端部的结构失稳，端部碳原子间的π键被打开，外部原子开始进入到碳纳米管的结构中.利用电子显微镜作为纳米加工仪器，通过外加电场的方法在多壁碳纳米管的端部制备了非晶态碳纳米线，形成碳纳米管-纳米线复合结构.碳纳米管和纳米线结合处的σ键作为绝缘界面，形成了电子输运的势垒.     

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究简

利用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了小直径锯齿形单壁碳纳米管(3,0)的硼(B)、磷(P)单个原子掺杂和B/P共掺杂效应.计算了B、P单原子掺杂的形成能、能带结构和电子态密度,分析得出B、P掺杂(3,0)单壁碳纳米管是可行的,并且碳纳米管的导电性没有发生明显改变.本文还计算了在不同掺杂位点,(3,0)金属性碳纳米管的形成能和能带结构,发现B/P共掺杂也是可行的,B和P趋于形成B/P对,并且B/P的掺入使(3,0)金属性碳纳米管的能带打开,由金属性变成半导体性.     

Ga和Sb纳米线声子结构和电子-声子相互作用的第一性原理研究

基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究了Ga和Sb纳米线的电子能带结构和声子结构以及电子-声子耦合(EPC)作用.通过对声子的完整Brillouin区分析来研究纳米线的结构稳定性.结果表明,所考察的纳米线显示出不稳定性,不稳定声子波矢远离Brillouin区中心.与通常的Peierls变形机理相比,不稳定的横向声子模会导致一种无开口带隙的相变.Sb比Ga纳米线的EPC要强很多,并且横向变形导致的锯齿形结构使纳米线中的电子-声子相互作用增加了几个数量级.     

碳纳米管内Ni纳米线的螺旋度与热稳定性研究

本文采用分子动力学模拟方法研究了扶手型碳纳米管包裹Ni纳米线的复合结构, 主要讨论内部Ni纳米线的螺旋度和热稳定性.结果表明, Ni纳米线为多壳层螺旋结构, 各壳层是由多条Ni原子链螺旋而成,不同层的螺旋度不同,内层的螺旋度明显大于外层. 当每层的Ni原子链条数为3的整数倍时,其螺旋度最大. Ni纳米线的螺旋度与碳纳米管的管径相关,各层螺旋度的大小随管径的增加有明显的周期性变化. 碳纳米管对Ni纳米线有很好的保护作用,即使是高温对Ni纳米线的结构及螺旋度也影响很小.     

锯齿型碳纳米管的结构衍生及电子特性

利用密度泛函理论研究锯齿型单、双壁碳纳米管从核到管状团簇直至纳米管的逐层结构衍生.研究结果表明五边形结构在管状团簇生长中发挥关键作用.此外,基于管状团簇的研究,运用周期性边界条件得到锯齿型单、双壁碳纳米管,并通过计算能带和态密度研究其电子特性.对单壁(n,0)和双壁(n,0)@(2n,0)碳纳米管,当n=3q(q为整数)时,具有金属或窄带隙半导体特性;n?=3q时,具有较宽带隙半导体特性,且带隙随管径的增加而减小.然而,小管径碳纳米管受曲率效应的明显影响,n?=3q的(4,0),(4,0)@(8,0)和(5,0)@(10,0)均呈现金属性;n=3q的(6,0)@(12,0)则表现出明显的半导体特性.     

岩盐结构SrC(111)表面和(111)界面的d~0半金属性

利用第一性原理方法,本文研究了岩盐结构的SrC块材、(111)表面和(111)界面的电子结构和磁性.块材的SrC被证实是一个良好的d~0半金属铁磁体.计算结果显示(111)方向的C表面和Sr表面都保持了块材的半金属性.对于(111)方向四个可能的界面,态密度的计算显示C-Pb界面呈现半金属特性.本文对岩盐结构SrC块材、(111)表面和(111)界面半金属性的研究结果,将为高性能自旋电子器件的实际应用提供一定的理论指导.