边修饰Net-Y纳米带的电子结构及机械开关特性的应变调控效应

利用密度泛函理论和非平衡态格林函数相结合的方法,系统地研究了边修饰Net-Y纳米带的电子结构和器件特性的应变调控效应..计算表明:本征纳米带为金属,但边缘的氢或氧原子端接能使其转变为半导体.应变能有效地调控纳米带带隙的大小,适当的应变使能带结构从间接带隙转变为较小的直接带隙,这有利于光的吸收.应变也能改变纳米带的功函数,压缩应变能明显减小功函数,这有利于纳米带实现场发射功能.特别是应变能有效地调控纳米带相关器件的I-V特性,能使其开关比(I_on/I_off)达到106,据此,可设计一个机械开关,通过拉伸及压缩纳米带使其可逆地工作在“开”和“关”态之间.这种高开关比器件也许对于制备柔性可穿戴电子设备具有重要意义.     

BN链掺杂的石墨烯纳米带的电学及磁学特性

基于密度泛函理论第一性原理系统研究了BN链掺杂石墨烯纳米带(GNRs)的电学及磁学特性, 对锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)分非磁态(NM)、反铁磁态(AFM)及铁磁性(FM)三种情况分别进行考虑. 重点研究了单个BN链掺杂的位置效应. 计算发现: BN链掺杂扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs) 能使带隙增加, 不同位置的掺杂, 能使其成为带隙丰富的半导体. BN链掺杂非磁态ZGNR的不同位置, 其金属性均降低, 并能出现准金属的情况; BN链掺杂反铁磁态ZGNR, 能使其从半导体变为金属或半金属(half-metal), 这取决于掺杂的位置; BN链掺杂铁磁态ZGNR, 其金属性保持不变, 与掺杂位置无关. 这些结果表明: BN链掺杂能有效调控石墨烯纳米带的电子结构, 并形成丰富的电学及磁学特性, 这对于发展各种类型的石墨烯基纳米电子器件有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 BN链掺杂 输运性质 自旋极化     

端基对分子器件整流性质的影响

利用基于非平衡Green函数加密度泛函理论的第一原理方法,研究了以S(Se)为端基的三并苯环分子夹在两半无限长的Au电极之间构成双探针系统的输运特性,发现体系具有较好的整流效应,最大整流系数达到6;用H取代右端同一位置的一个S（Se）,整流行为明显减弱.分析认为,这种整流是由于分子两端与电极的耦合不对称,使正负偏压下分子能级的移动和空间轨道分布不同所致.比较而言,S端基与电极的耦合导致的整流比Se强. 关键词： 电子输运 整流行为 非平衡Green函数方法     

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     

B/N掺杂对于石墨烯纳米片电子输运的影响

选用锯齿(zigzag)型石墨烯纳米片为研究对象, Au作为电极, 分子平面与Au的(111)面垂直, 并通过末端S原子化学吸附于金属表面, 构成两种分子器件: 一种是在纳米片的边缘掺杂N(B)原子, 发现电流-电压具有非线性行为, 但是整流系数较小, 特别是掺杂较多时, 整流具有不稳定性; 另一种是用烷链把两个石墨烯片连接, 在烷链附近和石墨烯片的边缘进行N(B)掺杂, 发现在烷链附近掺杂具有较大的整流, 但是掺杂的原子个数和位置会影响整流性能. 研究表明: 整流主要为正负电压下分子能级的移动方向和空间轨道分布不同导致. 部分体系中的负微分电阻现象主要由于偏压导致能级移动和透射峰形态的改变, 并且在某些偏压下主要透射通道被抑制而引起. 关键词： 石墨烯纳米片 电子输运 整流行为 非平衡格林函数方法     

石墨烯纳米带能带结构及透射特性的扭曲效应

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法, 系统研究了石墨烯纳米带(GNRs)电学性质的扭曲效应. 结果表明: 锯齿型石墨纳米带(ZGNRs)的带隙对扭曲形变最不敏感, 在扭曲过程中几乎保持金属性不变, 其次是W=3p-1型扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs), 扭曲时带隙也只有较小的变化. W=3p+1型AGNRs的带隙对扭曲最为敏感, 扭曲发生时, 呈现宽带隙半导体、中等带隙半导体、准金属、金属的变化, 其次是W=3p型AGNRs, 扭曲时带隙变化也较为明显. 换言之, GNRs在无扭曲时带隙越大, 扭曲发生后带隙变化(变小)越明显. 对于整个电子结构及透射系数来说, 扭曲对AGNRs影响较大, 而对ZGNRs的影响相对小些. 研究表明: 由于石墨烯容易变形, 其相关电子器件的设计必须适当考虑扭曲对电学性质的影响.     

卤代甲烷核磁共振谱化学位移的QSSR研究

利用描述电子效应的诱导效应指数（ΣI）、原子的平衡电负性（X_E）和反映核外电子云变形程度的总电子数（Σ_e）、各取代基到中心原子的化学键键长总和（Σ_d）以及各取代基电负性的和差值（ΔX）等参数对45个卤代甲烷化合物中的碳原子结构进行表征,并与其¹³C NMR谱化学位移建立了优良的定量结构-波谱关系模型：δ_Ｃ＝ -7403.8022-47.1765ΣI＋4290.0270X_E－3.3067ΔX－163.4672Σd－4.5153Σe＋22.9851Σe／Σd＋15.2597Σe／X_E－890.2521Σd／X_E．所建多元线性回归方程复相关系数R²及留一法（leave-one-out,LOO）交互验证（cross validation, CV）的复相关系数R²_CV分别为0.09951和0.9950．结果表明所建模型不仅能比现有文献更好地揭示卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移与其分子结构信息之间的关系,同时也提供一种计算卤代甲烷¹³C NMR谱化学位移的新方法．     

过剩压法合成金刚石的表面特征与体缺陷的形成原因分析

利用不同的高温高压条件在石墨-Ni70Mn25Co5体系中合成出金刚石晶体.借助于多功能光学显微镜的明场和暗场观察,分析了金刚石几种常见晶面的表面特征和内部缺陷.实验观察到一些有规律性的生长现象:当过剩压力太大时,较低的合成温度容易形成骸晶;当过剩压力适度时,较低的合成温度会使金刚石产生大量的包裹体并形成枝蔓状的粗糙表面,而较高的合成温度导致金刚石形成生长台阶;当压力有明显的波动时,金刚石晶体出现层状结构甚至间断生长.在此基础上,提出了合成优质金刚石的必要条件.     

非金属原子掺杂的GaN纳米管:电子结构、输运特性及电场调控效应

GaN被称为第三代半导体,有着重要的应用前景.本文对其衍生的一维锯齿型纳米管进行了系统研究,重点研究了ⅢA-ⅦA主族的所有非金属原子低浓度掺杂纳米管后的化学结合特性、电子结构、输运特性及栅极电压调控效应等,并且有一些重要的发现,如:掺杂纳米管具有良好的能量与热稳定性,它们的结合能、形成能及杂质原子周围化学键的平均键长与掺杂原子的原子序数(原子半径)有密切联系;杂质原子与纳米管之间的电荷转移与它们之间的相对电负性有直接关系.更重要的是,研究发现虽然本征纳米管是半导体,但非金属原子掺杂后,纳米管的电子相具有明显的奇-偶效应,即掺杂第ⅢA,ⅤA,ⅦA族原子后,纳米管仍为半导体,而掺杂第ⅣA,ⅥA族原子后,纳米管变为金属,这些现象与孤对电子态有密切关系.对半导体材料的载流子迁移率研究发现:掺杂异质原子,能调控纳米管的空穴及电子迁移率产生1个数量级的差异,特别是较高的栅极电压能明显提高空穴及电子迁移率,如当栅极电压为18 V时,空穴迁移率相对未加电压时的情况增大了近20倍.     

Simulations of monolayer SiC transistors with metallic 1T-phase MoS2 contact for high performance application

We preform a first-principles study of performance of 5 nm double-gated (DG) Schottky-barrier field effect transistors (SBFETs) based on two-dimensional SiC with monolayer or bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts. Because of the wide bandgap of SiC, the corresponding DG SBFETs can weaken the short channel effect. The calculated transfer characteristics also meet the standard of the high performance transistor summarized by international technology road-map for semiconductors. Moreover, the bilayer metallic 1T-phase MoS₂ contacts in three stacking structures all can further raise the ON-state currents of DG SiC SBFETs in varying degrees. The above results are helpful and instructive for design of short channel transistors in the future.