自旋轨道耦合作用对碳纳米管电子能带结构的影响

本文考虑自旋轨道耦合作用的情况下,采用紧束缚近似螺旋对称模型计算了单壁碳纳米管的电子能带结构.研究发现:对于Armchair型单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用和弯曲效应共同导致了费米面Dirac点附近电子能带结构的能隙;对于Zigzag型和手性单壁碳纳米管,自旋轨道耦合作用使得电子最高占据态和最低未占据态产生能级劈裂,能级劈裂的大小不但与碳纳米管的直径和手性角密切相关,而且相对于费米面是不对称的;根据指数(n,m)可以将Zigzag型和手性单壁碳纳米管分为金属性碳纳米管(ν=0) 关键词： 单壁碳纳米管 自旋轨道耦合 紧束缚近似螺旋对称模型     

超长(n,n)型碳纳米管的密度泛函理论研究

用密度泛函B3LYP/3-21G(d)方法,并利用周期边界条件,研究了n=2—20不同管径的超长(n, n)型单壁碳纳米管的结构、能量、能带结构和能隙.结果表明,管径和能量(或生成焓)都随n有很好的变化规律,并可拟合成很好的解析函数.当n为2和3时,碳纳米管的能隙分别为1.836eV和0.228eV,呈半导体特征,且具有间接带隙;当n=4—20时,能隙介于0.027 eV和0.079 eV之间,呈较强的金属性,且具有直接带 关键词： 扶手椅型碳纳米管 周期边界条件(PBC) 超长模型 能带     

径向双氮掺杂小口径单壁碳纳米管能带结构压缩应变响应研究

采用基于密度泛函的第一性原理方法对径向C-C键两端进行双氮原子替位掺杂的小口径锯齿型单壁碳纳米管模型进行能带结构压缩应变响应研究。径向双氮掺杂对锯齿型小口径碳纳米管能带结构产生剧烈的影响,使得能较好保持金属性的(4,0)和(5,0)碳纳米管带隙打开。内禀金属性的(3,0)和(6,0)碳纳米管带隙能够通过氮掺杂和压缩应变对其电子结构产生影响。结果表明,结合径向双氮掺杂及压缩应变两种方式能够有效地对强烈键杂化效应引发的金属小口径锯齿型单壁碳纳米管产生丰富的带隙调制行为。这在碳纳米管基纳机电系统的应用和设计上有潜在的应用价值。     

钯金属吸附对半导体性碳纳米管电输运的影响

利用物理蒸发技术,在半导体性的碳纳米管上沉积钯金属,利用导电原子力显微镜检测钯吸附对碳纳米管电输运的影响.结果表明:沉积的钯在碳纳米管上形成纳米颗粒,随着钯颗粒密度的增加,半导体性碳纳米管逐渐向金属性转变.利用第一性原理计算了吸附有钯原子的半导体性单壁碳纳米管的能带结构.研究发现,钯的覆盖率越高,其禁带宽度越窄,直至为零,定性说明了实验结果的合理性. 关键词： 单壁碳纳米管 钯纳米颗粒 导电原子力显微镜 第一性原理计算     

硼磷掺杂小直径单壁碳纳米管的第一性原理研究

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.     

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.     

氧吸附对单壁碳纳米管的电子结构和光学性能的影响

用密度泛函理论计算了氧分子物理吸附在半导体型单壁碳纳米管的束缚能，能带结构和吸收 光谱.计算结果指出氧分子吸附在碳纳米管表面的优先位置，研究发现氧吸附对碳管的电子 输运特性和吸收光谱有着重要的影响，并对光致氧分子解吸附的现象进行了理论分析. 关键词： 单壁碳纳米管 氧物理吸附 能带结构 吸收光谱     

卷曲效应对单壁碳纳米管电子结构的影响

利用计入卷曲效应的单壁碳纳米管(SWCNT)的能量色散关系,计算最低导带的电子速度及有效质量,并与不计入卷曲效应的结果进行了比较.计算结果表明:卷曲效应对电子速度及有效质量的影响与SWCNT的类型密切相关,金属锯齿型SWCNT对卷曲效应最为敏感,其次是扶手椅型SWCNT,最不敏感的是半导体锯齿型SWCNT.由此可以推断,卷曲效应对金属锯齿型SWCNT电子结构及低偏压输运特性影响最大,其次是扶手椅型SWCNT,影响最不明显的是半导体锯齿型SWCNT.这些结果与实验测量及密度泛函理论计算结果完全一致. 关键词： 单壁碳纳米管 卷曲效应 电子速度 电子有效质量     

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。     

径向压缩碳纳米管的电子输运性质

研究径向压缩形变对碳纳米管电子输运性质的影响对搭建微纳碳基电子器件具有重要意义.本文利用分子动力学模拟方法研究了碳纳米管与金属界面接触构型,得出碳纳米管径向压缩形变的规律.模拟结果表明:碳纳米管在水平接触金属表面后,其稳定状态下的径向压缩形变大小会受接触长度、管径大小、金属种类和片层数量的影响.基于紧束缚密度泛函理论和非平衡格林函数结合的第一性原理,系统地研究了不同直径、手性、片层、径向压缩形变碳纳米管的电子输运性质.研究表明:金属性单壁碳纳米管的电流呈线性增长趋势,且电流-电压的大小只与偏压有关,与直径大小无关;当其存在径向压缩形变时,电流在大偏压下增长趋势减缓,甚至会出现平台效应.半导体性单壁碳纳米管的导通电流随着径向压缩形变的增加而减小,电流-电压曲线逐渐从半导体特性向金属特性转变.随着径向压缩形变的增加,双壁碳纳米管的电流-电压曲线变化规律与金属性单壁碳纳米管的电流-电压曲线变化规律一致,但在相同偏压下,双壁碳纳米管的电流比单壁碳纳米管的电流高1倍;三壁碳纳米管的电流-电压曲线存在较大的振荡波动.     

扶手椅型硅纳米管的电学性质研究

本文采用密度泛函理论的第一性原理方法，对手性指数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进行了研究。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；随着手性指数的增加，硅纳米管的直径增大，硅纳米管的禁带宽度逐渐减小，且导带逐渐下移，总态密度图峰值强度增大；扶手型（3，3）硅纳米管的禁带宽度最大；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出现重叠，说明扶手型（4，4）硅纳米管为金属性纳米管；态密度图表明扶手型（9，9）硅纳米管的价带顶主要由Si-3p电子态构成，导带底由Si-3p态电子和Si-3s态电子共同构成。     

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.     

First-principles calculation of the electronic structure and energy loss near edge spectra of chiral carbon nanotubes

We present first principles calculations of the electronic structure of small carbon nanotubes with different chiral angles theta and different diameters (d<1 nm). Results are obtained with a full potential method based on the density functional theory (DFT), with the local density approximation (LDA). We compare the band structure and density of states (DOS) of chiral nanotubes with those of zigzag and armchair tubes with similar diameters. The carbon K-edge energy loss near edge structures (ELNES) have been studied and pi* and sigma* contributions have been evaluated. These contributions give information on the degree of hybridization for the small chiral nanotubes.     

单空位缺陷对石墨纳米带电子结构和输运性质的影响

基于第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了单空位缺陷对单层石墨纳米带(包括zigzag型和armchair型带)电子性质的影响.研究发现,单空位缺陷使石墨纳米带在费米面上出现一平直的缺陷态能带;单空位缺陷的引入使zigzag型半导体性的石墨纳米带变为金属性,这在能带工程中有重要的应用价值;奇数宽度的armchair型石墨纳米带表现出金属特性,有着很好的导电性能,同时,偶数宽度的armchair型石墨带虽有金属性的能带结构,但却有类似半导体的伏安特性;单空位缺陷使得奇数宽度的armchair石墨纳米带导电 关键词： 石墨纳米带 单空位缺陷 电子结构 输运性质     

Band structure of deformed armchair nanoribbon with bond alternation

Electronic energy band structure of deformed armchair graphene nanoribbons with bond alternation is studied by the tight-binding approximation. In the presence of bond alternation, all armchair graphene nanoribbons become semiconducting with small band gap opened at center of the Brillouin zone. Under tensional strain, armchair graphene nanoribbons can become metallic at the critical values of deformation and we can control the band gap of nanoribbon by its strain.     

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.     

Encapsulation of small fullerenes into nitrogenated holey nanotubes: a density functional theory study

Encapsulation of fullerene into nanotubes based on a C₂N sheet, known as nitrogenated holey graphene, was investigated using density functional theory. The structural and electronic properties of these carbon hybrid materials, consisting of nitrogenated holey nanotubes and a small C₂₀ fullerene, were studied. The formation energies showed that encapsulation of the fullerene into the nitrogenated holey nanotube is an exothermic process. To characterise the electronic properties, the electronic band structure and density of states of armchair and zigzag nitrogenated holey nanotubes were calculated. Filling these nanotubes with the C₂₀ fullerene resulted in a p-type semiconducting character. The energy band gap of the nitrogenated holey nanotubes decreased with fullerene encapsulation. The results are indicative of the possibility of band gap engineering by encapsulation of small fullerenes into nitrogenated holey nanotubes.     

氢化与非氢化石墨烯纳米条带的密度泛函研究

基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了宽度N=8的边缘氢化和非氢化条带的结构和电子性质. 研究表明,扶手形无氢化石墨纳米条带的边缘碳原子是以三重键相互结合,它在边缘的成键强度比氢化时要高,具有更强的化学活性,可作为纳米化学传感器的基础材料. 能带结构计算表明,无论是扶手形条带还是锯齿形条带,它们都是具有带隙的半导体,且无氢化条带的带隙要比氢化的条带带隙宽度大,氢化对于条带的电子性质具有显著修饰作用. 通过锯齿形石墨纳米条带顺磁性、铁磁性和反铁磁性的计算,发现反铁磁的状态最稳定,并且边缘磁性最强,这有利于条带在自旋电子器件中的应用. 关键词： 石墨纳米条带 成键机理 电子结构 自旋分布     

单壁碳纳米管杂化轨道计算

根据轨道杂化理论以及碳纳米管的几何结构,计算了(n,0),(n,n)和(n,m)三种单壁碳纳米管的杂化轨道,给出了杂化轨道s轨道成分和p轨道成分的解析式.对于管径较小的纳米管,锯齿型(n<40),扶手椅型(n<20),手性型(n<30,m相似文献