扶手椅型硅纳米管电子结构的研究

在本文中，我们使用密度泛函理论的第一性原理方法来研究手性指数m=n=K(K为3～15的整数)的扶手型硅纳米管的能带结构和态密度.计算结果表明，扶手型(3,3)硅纳米管为间接带隙结构，其余均为直接带隙结构;随着手性指数增加，硅纳米管的直径增大，硅纳米管的禁带宽度逐渐减小，导带逐渐向下移动，并且总态密度图峰值强度增加;扶手型(3,3)硅纳米管的禁带宽度最大化;扶手型(13,13)硅纳米管的禁带宽度最小，说明其导电性优于其他手性指数的扶手椅型硅纳米管;同时，扶手型(4,4)硅纳米管的导带和价带重叠，表明扶手型(4,4)硅纳米管是金属纳米管;态密度图显示扶手型(9,9)硅纳米管的价带顶部主要由Si-3p电子态组成，导带的底部由Si-3s态电子和Si-3p态电子组成.     

扶手椅型硅纳米管电子结构的研究

在本文中,我们使用密度泛函理论的第一性原理方法来研究手性指数m=n=K(K为3～15的整数)的扶手型硅纳米管的能带结构和态密度.计算结果表明,扶手型(3,3)硅纳米管为间接带隙结构,其余均为直接带隙结构;随着手性指数增加,硅纳米管的直径增大,硅纳米管的禁带宽度逐渐减小,导带逐渐向下移动,并且总态密度图峰值强度增加;扶手型(3,3)硅纳米管的禁带宽度最大化;扶手型(13,13)硅纳米管的禁带宽度最小,说明其导电性优于其他手性指数的扶手椅型硅纳米管;同时,扶手型(4,4)硅纳米管的导带和价带重叠,表明扶手型(4,4)硅纳米管是金属纳米管;态密度图显示扶手型(9,9)硅纳米管的价带顶部主要由Si-3p电子态组成,导带的底部由Si-3s态电子和Si-3p态电子组成.     

P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了P掺杂对单壁扶手型硅纳米管电子结构和光学性质的影响.结果表明:经过P掺杂,单壁扶手型硅纳米管的能带结构从间接带隙变为直接带隙,其价带顶主要由Si-3p态电子构成,导带底主要由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同决定;同时通过P掺杂,使单壁扶手型硅纳米管的禁带宽度变窄,导电性增强,吸收光谱产生红移.研究结果为硅纳米管在光电器件方面的应用提供了理论基础.     

Ce掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及Ce掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂Ce元素,带隙宽度下降为0.812 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后Ce原子的4f轨道主要贡献在导带部分,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,第一个介电峰是由于导带电子跃迁到Ce原子4f轨道上产生,第二个峰是价带电子向导带电子跃迁产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31 eV处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为6.57 eV处,吸收系数达到最大值.     

Ce掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及Ce掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂Ce元素,带隙宽度下降为0.812 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后Ce原子的4f轨道主要贡献在导带部分,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,第一个介电峰是由于导带电子跃迁到Ce原子4f轨道上产生,第二个峰是价带电子向导带电子跃迁产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31 eV处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为6.57 eV处,吸收系数达到最大值.     

La掺杂6H-SiC电子结构和光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对未掺杂及La掺杂6H-SiC的电子结构和光学性质进行理论计算.计算结果表明,未掺杂6H-SiC是间接带隙半导体,其禁带宽度为2.045 eV,掺杂La元素,形成P型间接半导体,带隙宽度下降为0.886 eV.未掺杂6H-SiC在价带的低能区,Si-3s、C-2s电子轨道对态密度的贡献较大,在价带的高能区,主要是由Si-3p、Si-3s、C-2p态组成.掺杂后La的5d轨道与6H-SiC的sp~3轨道杂化主要贡献在价带部分,而对导带的贡献相对较小,掺杂后电导率提高.未掺杂时,只有一个介电峰,是价带电子跃迁到导带电子所致,掺杂后有两个介电峰,其中第一个介电峰是由sp~3杂化轨道上的电子跃迁到La原子5d轨道上产生.未掺杂6H-SiC,在能量为10.31处吸收系数达到最大值,掺杂后在能量为7.35 eV处,吸收系数达到最大值.     

Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算,研究了Te掺杂对单层MoS₂能带结构、电子态密度和光电性质的影响。结果表明,本征单层MoS₂属于直接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.64 eV。本征单层MoS₂的价带顶主要由S-3p态电子和Mo-4d态电子构成,而其导带底则主要由Mo-4d态电子和S-3p态电子共同决定;Te掺杂单层MoS₂为间接带隙半导体材料,其禁带宽度为1.47 eV。同时通过Te掺杂,使单层MoS₂的静态介电常数增大,禁带宽度变窄,吸收光谱产生红移,研究结果为单层MoS₂在光电器件方面的应用提供了理论基础。     

硅基外延OsSi2电子结构及光电特性研究

基于第一性原理密度泛函理论的赝势平面波方法,对Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的能带结构、态密度以及光电特性进行了研究.研究结果表明,Si（111）基外延稳定正交相的OsSi₂是一种间接带隙半导体,禁带宽度为0.625 eV;其价带主要是由硅的3s,3p态电子和锇的5d态电子构成,导带主要由锇的5d态电子与硅的3s,3p态电子构成;其静态介电函数为15.065,折射率为3.85,吸收系数最大峰值为3.9665×10⁵cm^-1.利用理论计算的能带结构和态密度研究了Si（111）基外延稳定正交相OsSi₂的介电函数、折射率、吸收系数、光电导率和能量损失函数的变化规律,为Si（111）基外延OsSi₂的应用提供了理论基础.     

Co-Cr共掺杂金红石型TiO_2电子结构和光学性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论,采用第一性原理赝势平面波方法计算了Co、Cr单掺杂以及Co-Cr共掺杂金红石型TiO2的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明:纯金红石的禁带宽度为3.0eV,Co掺杂金红石型TiO2的带隙为1.21eV,导带顶和价带底都位于G点处,仍为直接带隙,在价带与导带之间出现了由Co 3d和Ti 3d轨道杂化形成的杂质能级;Cr掺杂金红石型TiO2的直接带隙为0.85eV,在价带与导带之间的杂质能级由Cr 3d和Ti 3d轨道杂化轨道构成,导带和价带都向低能级方向移动;Co-Cr共掺杂,由于电子的强烈杂化,使O-2p态和Ti-3d态向Co-3d和Cr-3d态移动,使价带顶能级向高能级移动而导带底能级向低能方向移动,极大地减小了禁带的宽度,也是共掺杂改性的离子选择依据.掺杂金红石型TiO2的介电峰、折射率和吸收系数峰都向低能方向移动;在E2.029eV的范围内,纯金红石的ε2、k和吸收系数为零,掺杂后的跃迁强度都大于未掺杂时的跃迁强度,Co-Cr共掺杂的跃迁强度大于Co掺杂及Cr掺杂,说明Co、Cr共掺杂更能增强电子在低能端的光学跃迁,具有更佳的可见光催化性能.     

掺杂Mg2Si电子结构及光学性质的第一性原理计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法系统计算了Mg2Si及掺Ag、Al的能带结构、态密度和光学性质.计算结果表明,未掺杂Mg2Si属于间接带隙半导体,禁带宽度为0.2994 eV,其价带主要由Si的3p及Mg的3s、3p态电子构成,导带主要由Mg的3s、3p及Si的3p态电子构成,静态介电常数为18.89,折射率为4.3460.掺Ag后Mg2Si为p型半导体,价带主要由Si的3p,Mg的3s、3p及Ag的3p、4d、5s态电子构成,静态介电常数为11.01,折射率为3.3175.掺Al后Mg2Si为n型半导体,导带主要由Mg的3s、3p,Si的3p及Al的3p态电子构成,Al的3s态电子贡献相对较小,静态介电常数为87.03,折射率为9.3289.通过掺杂有效调制了Mg2Si的电子结构,计算结果为Mg2Si光电材料的设计与应用提供了理论依据.     

New class of non-carbon AlP nanotubes: Structure and electronic properties

A new class of non-carbon nanotubes based on Group III and Group V elements (aluminum and phosphorus, respectively) is considered. The equilibrium geometry, energy characteristics, and electronic structure of the AlP nanotubes were calculated using the density functional theory. These calculations demonstrated that the AlP nanotubes are energetically stable structures. It was found that a low strain energy (approximately 0.01–0.07 eV) is required for rolling a two-dimensional hexagonal AlP structure into a tube. The AlP nanotubes are found to be wide-band-gap semiconductors with a band gap of 2.05–3.73 eV with direct (for the zigzag type) or indirect (for the armchair type) transitions between the top of the valence band and the bottom of the conduction band. The band gap of these nanotubes increases with the tube diameter, approaching the band gap of a two-dimensional hexagonal AlP layer.     

锯齿型与扶手椅型碳化硅纳米管光电性质第一性原理研究

本文基于密度泛函理论计算分析了手性参数为(17,0)、(20,0)、(26,0) (10,10)、(12,12)、(15,15)的碳化硅纳米管的能带图,态密度及主要光学性质。结果表明：锯齿型与扶手椅型碳化硅纳米管均具有明显的半导体性质;在相近直径下,扶手椅型碳化硅纳米管带隙宽度要大于锯齿型碳化硅纳米管的带隙宽度;碳化硅纳米管的光吸收峰在100nm~200nm之间,可用于制作紫外线探测器件。     

Band structures of carbon nanotube with spin-orbit coupling interaction

We explore the band structures of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) with two types of spin-orbit couplings. The obtained results indicate that weak Rashba spin-orbit coupling interaction can lead to the breaking of four-fold degeneracy in all tubes even though without the intrinsic SO coupling. The asymmetric splitting between conduction bands and valence bands is caused by both SO couplings at the same time. When the ratio of Rashba spin-orbit coupling to the intrinsic spin-orbit coupling is larger than 3, metallic zigzag nanotube is always metallic conductor, on the contrary it becomes semiconducting properties. However, only when this ratio is equal to about 3 or the intrinsic spin-orbit coupling is much weak, the metallic armchair nanotube still holds the metallic behavior in transport.     

扶手椅型碳化硅纳米管电子结构和光学性质的研究

本文基于密度泛函理论研究了扶手椅型碳化硅纳米管(SiCNT)的电子结构、成键机制以及其光学性质。研究结果表明:当碳和硅的原子比为1∶1时,SiCNT的结构最为稳定,并且表现出诸多的优良性质。通过分析计算结果我们发现,SiCNT是间接带隙材料,并且管子的带隙随着直径的增加而增加。从SiCNT的轨道图谱中我们看到碳和硅原子之间属于sp2杂化,同时硅原子周围的电子密度明显要低于碳原子周围的电子密度。对能态密度的计算我们得知碳原子和硅原子分别主导价带和导带。与其它纳米管(BN)有所不同,SiCNT的光学性质更接近于各向同性材料。     

Doping effects on metallic and semiconductor single-wall carbon nanotubes

In this paper we investigate nitrogen- and boron-doped zigzag and armchair single-wall carbon nanotubes (SWNTs) with theoretical models based on the density functional theory. We take into account nitrogen and boron doping for two isomers in which substitutive atoms are on opposite sides of the tube, but only in one isomer the impurity sites are symmetrical with respect to the diameter. The band structures show a strong hybridization with impurity orbitals that change the original band structure. Although the two isomers of armchair SWNT exhibit the same formation energy, their band structures are different. Indeed asymmetrical isomers are gapless and exhibit a crossing of valence and conduction bands at k?=?π/c, leading to metallic SWNTs. Band structures of symmetrical isomers, on the other hand, exhibit an energy gap of 0.4?eV between completely filled valence and empty conduction bands. We use density of charge in order to understand this difference. In zigzag SWNT an impurity band is introduced in the energy gap and for N doping this band is just partially occupied in such a way that the electronic behaviour is reversed from semiconductor to metallic. Whereas for a given isomer armchair SWNT shows similar behaviours of N- and B-doped structures, B-doped zigzag SWNTs present different band structure and occupation compared to the N-doped case.     

The calculation of energy gaps in small single-walled carbon nanotubes within a symmetry-adapted tight-binding model

This paper studies in detail the electronic properties of the semimetallic single-walled carbon nanotubes by applying the symmetry-adapted tight-binding model.It is found that the hybridization of π-σ states caused by the curvature produces an energy gap at the vicinity of the Fermi level.Such effects are obvious for the small zigzag and chiral single-walled carbon nanotubes.The energy gaps decrease as the diameters and the chiral angles of the tubes increase,while the top of the valence band and the bottom of the conduction band of armchair tubes cross at the Fermi level.The numeral results agree well with the experimental results.     

拉伸形变下BC3纳米管的能带结构

运用紧束缚能带理论,研究拉伸形变下BC₃纳米管的能带结构. 研究表明:随着拉伸和压缩强度的不断增加,BC₃纳米管的导带能级和价带能级逐渐靠近,最终发生能带交叠. 压缩形变下能带的交叠程度可达05 eV,而拉伸形变下只有02 eV. 对于扶手椅型BC₃纳米管,随着拉伸和压缩的不断增加,BC₃纳米管首先由直接半导体转化为间接半导体,进而发生能带的交叠,表现出金属性. 在无形变时,扶手椅型BC₃纳米 关键词： 3纳米管')" href="#">BC₃纳米管 能隙 拉伸形变 半导体     

第一性原理研究电场对BN纳米管电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了电场对BN纳米管的电子结构的影响.首先对在不同电场强度下的纳米管几何结构进行了优化,可以看出纳米管沿轴方向层间距出现了不规则的变化.电子能带结构显示,在电场作用下,zigzag型和armchair型两种结构纳米管的能带向低能方向移动,并且导致纳米管的带隙有显著的减小.电场使得armchair型纳米管的带隙发生了从间接带隙向直接带隙的转变.在电场作用下,纳米管的两端态密度呈现出明显的差异,正负电荷沿轴向出现了沿轴向的空间分离,Mulliken电荷分布图揭示出最高占据轨道和最低未占据轨道分居在纳米管的两端.     

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。