外加轴向磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学性质

在紧束缚理论的基础上推导出轴向磁场下碳纳米管的能带公式,研究外加磁场下碳纳米管场效应晶体管的电学特性.说明磁场可使碳管的导电性质在金属型和半导体型之间转变,转变的磁场周期为0.5₀.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算了外加磁场对碳纳米管场效应晶体管的电流-电压特性的影响,研究结果显示zigzag管和armchair管的电流随外电压和磁场都有振荡行为,而且两类管的振荡行为有明显差别. 关键词： 碳纳米管 紧束缚理论 费米能 能带结构     

单壁碳纳米管端口结构的热稳定性

利用紧束缚势分子动力学模拟方法,研究了温度在1000 K-3000 K之间单壁碳纳米管端口结构的变化趋势.计算表明,温度对整个管端口结构有重要影响,温度升高容易使理想单壁碳管端口封闭.温度在3000 K下碳管端口达到封闭,而且端口封闭导致碳管系统能量的降低.碳纳米管长度越长,端口封闭越快,且扶手型碳纳米管比锯齿型碳纳米管更容易形成端口封闭的结构.     

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。     

温度对单壁碳纳米管端口结构的影响

利用紧束缚势分子动力学模拟方法，研究了温度在2000—3500 K之间单壁碳纳米管端口结构的变化趋势.研究表明，温度对整个管端口结构起关键作用，计算表明温度在3000K和3500K下碳管两端口在15ps时间尺度内依次闭合，温度高易于使理想单壁碳管端口封闭，且端口封闭导致碳管系统能量的降低.由于Armchair型碳纳米管与相同半径的Zigzag型碳纳米管相比有相对低的应力能，导致Armchair型碳纳米管更易形成端口封闭的结构. 关键词： 碳纳米管 紧束缚势     

磁场中碳纳米管电子结构的紧束缚法研究

利用石墨平面碳原子轨道作sp2杂化时π电子的紧束缚模型,对磁场中直状单层碳纳米管(SWNTs)的电子结构进行理论推导和分析。磁场对碳纳米管的波矢产生影响,从而使碳纳米管的电子结构及能隙均以磁通量子Φ0(=h/e)为周期随磁通量Φ周期性变化。     

轴向磁场对碳纳米管电子性质的影响

用紧束缚法研究了单壁碳纳米管在轴向磁场下费米能级附近电子性质的变化规律.研究发现：能隙随轴向磁场变化的快慢及磁致能隙峰值都与碳纳米管直径有着紧密联系；对于相同直径的碳纳米管，金属性管的磁致能隙峰值最大.具体计算了锯齿型碳纳米管费米能级附近电子态密度随轴向磁场的变化关系,发现所有碳纳米管的电子态密度和能隙变化都体现出周期性.磁场使得碳纳米管发生绝缘体-金属周期性相转变的根本原因是由于在磁场的作用下范霍夫奇异点出现分裂-移动-融合的周期性变化. 关键词： 磁场 碳纳米管 紧束缚法 范霍夫奇异点     

多孔石墨烯纳米片电学性质的研究

采用紧束缚近似方法,研究了三角形锯齿型石墨烯纳米片(Triangular zigzag graphene nanosheets, TZGN)的电子结构.研究表明单孔TZGN结构的零能级都是外边缘态,跟孔的大小没有关系.多孔TZGN结构受孔间结构的影响,零能级会随着孔数目的增加逐渐出现内外边缘耦合态,导带和价带能级个数也会随着孔的大小和孔的数量的增加而减少.研究结果拓宽了石墨烯纳米结构在纳机电器件方面的应用.     

开口悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响

采用紧束缚模型研究了悬挂端对单壁碳纳米管电子输运特性的影响.结果表明：有限长悬挂端开口碳纳米管的电导在费米能级附近作周期性振荡.椅型(armchair)碳纳米管的振荡同时具有快、慢两个准周期，而锯齿型(zigzag)碳纳米管的振荡仅有一个周期；碳纳米管电导在费米能级附近的振荡周期随着悬挂端的增长而减小.研究还发现：有限长悬挂端开口碳纳米管的平均电导随探针与碳纳米管间耦合强度的增加而增大，其大小约为无限长悬挂端开口碳纳米管平均电导的两倍. 关键词： 输运特性 碳纳米管 紧束缚模型     

石墨烯能带结构的紧束缚近似计算

固体能带理论是固体物理学的一个重要理论基础,被广泛应用于材料电学性质的研究。为结合科学前沿教学,以当前热门材料石墨烯为例,介绍紧束缚近似法在石墨烯能带结构计算上的详细过程,并借助Matlab软件展示了其能带结构,进而从理论上解释石墨烯所具有的独特电学性质。     

平均键能Em的物理内涵探讨

在面心立方(fcc)、体心立方(bcc)和六角密堆积(hcp)3种不同结构晶体的自由电子能带模型中,发现4个最低能带与5个次低能带本征值的平均能量(称为平均键能,E_m)与费米能级(E_F)相当接近;并进一步在hcp结构的钛(Ti)、锆(Zr)和铪(Hf)以及bcc结构的铁(Fe)等金属中,采用从头赝势能带计算方法和平均键能计算方法,证实在这些金属的实际能带中,平均键能(E_m)值仍然非常接近于费米能级(E_F)值.该发现有助于进一步了解平均键能(E_m)的物理内涵. 关键词： 平均键能 费米能级 能带结构     

Ferroelectric polarization effect on hysteresis behaviors of single-walled carbon nanotube network field-effect transistors with lead zirconate-titanate gating

We report the fabrication of single-walled carbon nanotube (SWCNT) network transistors by ferroelectric Pb(Zr_0.4Ti_0.6)O₃ (PZT) bottom-gating and investigate the polarization effects of PZT on the transport properties of the transistor device. Our devices exhibit typical p-channel transistor characteristics and a large hysteresis loop with high ON/OFF current ratio and large ON current as well as memory window (MW) measured up to 5.2 V. The origin of clockwise hysteresis is attributed to ferroelectric polarization modulated charge trapping/de-trapping process in the interface states between SWCNT networks and PZT. The retention time about 10⁴s with two high stable current states preliminarily demonstrates great potential for future non-volatile memory applications based on such SWCNT/PZT hybrid systems.     

一种基于双栅材料的单极性类金属氧化物半导体碳纳米管场效应管设计方法

由于导电沟道-源/漏电极界面处可能发生的载流子带间隧穿,传统类金属氧化物半导体(MOS)碳纳米管场效应管呈现双极性传输特性,极大影响了器件性能的提高及其在电路中的应用.为获得具有理想单极性传输特性的类MOS碳纳米管场效应管,本文提出了一种基于双栅材料的器件设计方法.模拟结果表明,通过合理选取调节电极材料,在不影响器件亚阈值斜率的同时,该设计方法不仅能使开关电流比增大6—9个数量级,有效调节阈值范围,而且能有效消除传统类MOS碳纳米管场效应管的双极性传输特性.进一步研究表明,该设计所获得的器件性能提高与调节     

水分子链受限于单壁碳纳米管结构的密度泛函理论研究

本文采用第一性原理的密度泛函理论,主要以(6,6)Armchair型,(11,0)Zigzag型单壁碳纳米管为研究对象,研究了水分子链在碳纳米管内部吸附的稳定结构,以及结合能随其结构的变化.结果表明:当水分子链受限于碳纳米管内部时,引起碳纳米管直径收缩,这主要是由于水分子链与碳纳米管之间的氢键作用以及范德华弱相互作用所引起的.随着碳纳米管半径的增加,两种单体之间的结合能逐渐减小,但当碳纳米管半径增加至6.78时,其结合能又有所增加,这是由于在优化过程中,水分子链单体之间的氢键作用大于水分子链与碳纳米管之 关键词： 水分子链/单壁碳纳米管 密度泛函理论 结构稳定性     

Systematical analysis of mode-locked fiber lasers using single-walled carbon nanotube saturable absorbers

The output characteristics of the Er-doped mode-locked fiber laser using a single-walled carbon nanotube saturable absorber are investigated theoretically with a nonlinear Schrtidinger equation and a saturable absorption equation using realistic parameters. Stable self-starting mode-locking pulses are achieved under net normal, net zero, and net anomalous cavity group velocity dispersion （GVD） respectively. A spectrum with a flat top is obtained from the net normal cavity GVD laser while a spectrum with Kelly side-bands is obtained from the net anomalous cavity GVD laser. The characteristics of the pulse duration changing with cavity GVD and modulation depth of the single-walled carbon nanotubes are discussed. The characteristics of the mode-locking pulses from net normal, net zero, and net anomalous cavity GVD mode-locked fiber lasers are compared. These systematical results are useful for designing mode-locked fiber lasers with saturable absorbers made by different kinds of carbon nano-materials.     

Structural and vibrational properties of deformed carbon nanotubes

The fantastic variation of the physical properties of carbon nanotubes (CNTs) and their bundles under mechanical strain and hydrostatic pressure makes them promising materials for fabricating nanoscale electromechanical coupling devices or transducers. In this paper, we review the recent progress in this field, with much emphasis on our first-principles numerical studies on the structural and vibrational properties of the deformed CNTs under uniaxial and torsional strains, and hydrostatic pressure. The nonresonant Raman spectra of the deformed CNTs are also introduced, which are calculated by the first-principles calculations and the empirical bond polarizability model.      

基于碳纳米管场效应管构建的纳电子逻辑电路

展示了由碳纳米管场效应管构成的三种逻辑电路，分别为单个p型碳纳米管场效应管的开关电路、由集成在同一片硅片上的单个p型碳纳米管场效应管和单个n型掺氮碳纳米管场效应管构成的互补型反相器，以及两个独立的p型碳纳米管场效应管构成的或非门. 其中p型碳纳米管场效应管以单壁碳纳米管作为沟道，而n型碳纳米管场效应管则以掺氮的多壁碳纳米管作为沟道，器件的源漏电极均为铂电极. 关键词： 碳纳米管 场效应管 逻辑电路     

Role of single defects in electronic transport through carbon nanotube field-effect transistors

The influence of defects on electron transport in single-wall carbon nanotube field-effect transistors (CNFETs) is probed by combined scanning gate microscopy (SGM) and scanning impedance microscopy (SIM). SGM images are used to quantify the depletion surface potential, and from this the Fermi level, at individual defects along the CNFET length. SIM is used to measure the voltage distribution along the CNFET. When the CNFET is in the conducting state, SIM reveals a uniform potential drop along its length, consistent with diffusive transport. In contrast, when the CNFET is "off," potential steps develop at the position of depleted defects. High-resolution imaging of a second set of weak defects is achieved in a new "tip-gated" SIM mode.     

Energy band and band-gap properties of deformed single-walled silicon nanotubes

The fantastic physical properties of single-walled silicon nanotubes (SWSiNTs) under mechanical strain make them promising materials for fabricating nanoscale electronic devices or transducers. Here we investigate the energy band and band-gap properties of the SWSiNTs calculated from the tight-binding model approximation. The results show that the band-gap properties are very sensitive to the deformation degree and the helicity of the SWSiNTs. The results can be employed to guide the design of nanoelectronic devices based on silicon nanotubes.     

溶胶-喷雾法制备多壁碳纳米管增强氧化铝基复合材料及性能研究

采用溶胶-喷雾制备了多壁碳纳米管增强氧化铝基球形复合粉体,采用放电等离子真空快速烧结成型.SEM分析测试结果表明,多壁碳纳米管在氧化铝基体中呈网络分布,且主要位于晶界处,少量呈穿晶分布.复合材料性能分析测试结果表明,当多壁碳纳米管的质量分数为0.5%时,复合材料的维氏硬度相对纯的氧化铝提高了32.6%;热扩散系数在不同测试温度下相对纯氧化铝的平均提高幅度为27.2%.此外,当多壁碳纳米管质量分数达到0.5%时复合材料呈导体,根据渗流导电理论拟合得到实验制备复合材料的渗流阈值为0.32 wt.%,说明多壁碳纳米管在氧化铝基体中分散良好.