弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子性质的影响

石墨烯纳米带并不是一个完全平整的结构,而是一个准平面结构．为了研究非平整对石墨烯纳米带电子结构的影响,利用紧束缚方法和轨道杂化理论,研究了弯曲对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响．计算结果表明：扶手椅型石墨烯纳米带电子性质与弯曲的程度有关,且在高能部分影响较大;当纳米带的宽度一定时,随着弯曲程度的增加,能带的带隙随之增加．     

石墨烯电子能带结构的计算

基于碳原子的sp~2杂化理论和能带理论,运用紧束缚近似方法计算了石墨烯的能带结构,分析了石墨烯二维电子气的性质.     

局域体缺陷对石墨烯纳米带电子输运性质的影响

利用递归格林函数方法研究存在体空位时之字型边界石墨烯纳米带的电子输运性质。研究结果表明,纳米带的电导对体空位非常敏感。当体系存在一个单原子空位时,电导受到明显的压制,完美的量子化台阶消失。同时在费米能处存在一个电导沟;当体系存在一个双原子空位时,电导压制亦非常明显,但电导沟存在于第一能带带边处。局域态密度分析结果显示,电导沟的形成是因为电子态局限在体空位周围,不能形成有效的电子通道,从而导致体系电导下降。另外,当存在两个随机分布的单原子空位时,体系的电导存在共振透射峰,透射峰的数目随着两个体空位之间的距离改变而改变。计算结果发现,体空位之间的距离每增加3个超原胞,电导将会增加一个透射峰。     

扶手椅型石墨烯纳米带在单轴应力下的能隙调控

利用紧束缚方法研究了扶手椅型石墨烯纳米带沿其长度方向受单轴应力的电子能谱及能隙与形变量的关系.结果表明:在一定的应力下,3m和3m+1型纳米带的能隙随纳米带宽度的变化呈现零能隙拐点,而这种拐点随着非近邻项的逐渐计入向着纳米带宽度窄的方向移动.当带宽较窄时,无论非近邻项是否计入,除了3m+2外,只有3m的三近邻情形能隙与形变量(小形变)的曲线才有拐点;随着宽度的增加,除了3m+1的最近邻情况外,3种宽度3m,3m+1和3m+2都出现零能隙拐点.     

空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响

为了了解空位缺陷对zigzag型石墨烯纳米带电子结构的影响,采用基于密度泛函理论的第一性原理,计算含不同空位碳原子数的缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电子结构。研究结果表明:含缺陷的zigzag型石墨烯纳米带都呈现出类金属性的电子结构特征,其电子结构与缺失碳原子的含量及缺陷位置附近碳原子的饱和度密切相关;缺陷的存在会引入缺陷能级,当缺失的碳原子数为奇数时,费米面附近存在3条能级;当缺失的碳原子数为偶数时,费米面附近只有2条能级;随着空位缺陷的增加,缺陷处碳原子的不饱和度也增加,从而费米能附近的态密度峰出现相应衰减。     

单层石墨和多层石墨的电子能带结构

用紧束缚方法得到了单层石墨材料中π和π^＊能带的解析表达式;当考虑前三近邻原子的相互作用时,紧束缚方法的计算结果与第一性原理计算结果符合很好。在前三近邻紧束缚近似的基础上,考虑到层问原子的相互作用,进而得到了多层石墨的π和π^＊能带结构。     

扶手椅型石墨烯纳米带边缘的硼掺杂

利用第一性原理研究了2种边缘掺杂硼方式的扶手椅型石墨烯纳米带。结果表明:硼掺杂使得沿纳米带方向的晶格常数发生改变,并且在能带隙中出现新的能带。对于原胞中添加4个硼原子的掺杂方式(B1-7AGNR),沿纳米带方向的晶格常数有所增加,在带隙中出现了4条能带,其中2条能带来自于硼的2pz轨道,其余2条能带主要来自于硼的2px和2py轨道。对于原胞中添加2个硼原子的掺杂方式(B2-7AGNR),沿纳米带方向的晶格常数有所减小,在带隙中出现了2条能带,其来自于硼的2pz轨道。     

采用紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运

采用紧束缚非平衡格林函数法分析了扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)和锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)器件吸附H、F、O和OH这4种原子的电子输运特性。用π电子结构体系的紧束缚理论分析了GNR的电子结构;用紧束缚扩展休克理论计算了GNR碳原子与所吸附原子间的电子相互作用;用非平衡格林函数法仿真了GNR吸附原子后的电流特性。研究结果表明:在平衡态下,AGNR吸附H原子后对器件的输运谱影响最大,而吸附OH原子后使GNR的禁带宽度增加0.3eV;在非平衡态下,吸附H原子不仅增加了导带底附近态密度,而且直接在禁带引入了杂质能级,从而提高了AGNR器件产生的电流;H原子吸附在ZGNR器件产生的电流约是吸附在AGNR电流的1.5倍;H原子吸附在GNR非边界处比吸附在边界处产生的电流高。该研究结果可以对提高石墨烯气敏传感器和生物传感器的灵敏度提供理论基础。     

含有碳链通道的石墨烯纳米带电子特性的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法,研究了含有多碳链通道的石墨烯纳米带的原子结构、电子能带结构与电子输运特性.结果表明,移除大量原子后含有双碳原子链的纳米带的能隙显著增大,这说明电子从占据态到未占据态的跃迁将更加困难;并且最高占据子能带与最低未占据子能带几乎与费米能级平行,说明边缘态几乎完全消失.电子输运特性的计算结果与电子能带结果是自洽的,碳链的引入导致纳米带电导隙的增大和费米能级位置电导的湮没.这说明通过电子束轰击的方式裁剪纳米带的原子结构来制备集成度更高、尺度更小的一维半导体纳米器件是可行的.     

扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)电子结构的应力调控

当单轴拉伸应变沿扶手椅型石墨烯纳米带的扶手椅边沿时,利用静力学方法建立石墨烯纳米带的键角、键长与应力的解析关系;利用紧束缚方法对扶手椅边石墨烯纳米带的能带与能隙及应力的关系进行解析计算.研究结果表明:微小应变会导致纳米条带的能带宽度发生变化,并打开金属型扶手椅石墨烯纳米带能隙,费米能级附近的半导体型扶手椅石墨烯纳米带的能隙宽度也相应地发生改变;能隙随应变呈线性的周期变化,并且表现出明显的震荡现象;可达到的最大能隙随应力增大有所增大,随条带横向原子数m增大而减小.     

掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为N(a)=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位...     

基于SSH模型的锯齿型边石墨烯纳米带电子能谱研究

利用SSH（Su-Schrieffer-Heeger）模型研究了2条聚乙炔链键与键平行和非平行结构耦合的电子能谱.两者的电子能谱与耦合强度之间有类似关系,但平行结构受耦合强度的影响更大些.在此基础上,将耦合链模型应用于锯齿型石墨烯纳米带的电子能谱计算,并给出了解析色散关系.同时,还研究了电子能谱与其耦合强度的关系,耦合越强,能带越宽.     

堆叠多层石墨烯的太赫兹电导研究

单层石墨烯具有可调的太赫兹电导,有望应用于制作新型太赫兹器件,然而这种调谐的变化范围有限,通过多层石墨烯的堆叠可以拓展石墨烯太赫兹器件的性能上限。本文通过太赫兹时域光谱研究了石英衬底上不同层数堆叠的石墨烯的太赫兹透过特性,并使用Drude模型以及菲涅尔定律对实验结果进行了理论模拟。实验数据与理论结果的匹配表明:随机堆叠的多层石墨烯在太赫兹波段可以看作没有电子耦合的多个单层石墨烯,其太赫兹电导具有更宽的调谐范围,同时化学掺杂可以进一步提高材料的载流子浓度,从而获得更高的太赫兹电导。     

圆盘锯齿型石墨烯量子点的电子结构研究

通过数值求解Dirac方程,研究了在垂直磁场下锯齿型（zigzag）石墨烯（graphene）量子点的能谱结构。无磁场时,量子点能谱没有带隙,并存在能量为零的边界态。当外加磁场时,能谱中出现朗道能级,最低朗道能级能量为零且与磁场大小无关,随着磁场的增加,朗道能级简并度会随之增加。同时发现,磁场对K点与K’点的能谱结构有...     

多空位缺陷和硼氮杂质对锯齿型石墨烯纳米带电子结构的影响

利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究多空位缺陷和掺杂对对称性锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)的电子结构的影响.研究结果表明,具有相同位置的多空位缺陷或氮掺杂的对称性ZGNR显示了半金属特性,而硼掺杂的对称性ZGNR显示了半导体性质.石墨烯纳米带的锯齿形边缘上和空位缺陷处都存在自旋极化的电子态,并且边缘上电子自旋呈反铁磁性排列.具有多空位缺陷的ZGNR磁矩依赖于带宽、空位缺陷的构型以及空位缺陷与边缘的距离,从而磁矩随着带宽的增加呈现震荡效应.这种特殊的缺陷和掺杂效应可用来设计新颖的自旋电子器件.     

单双层结构的石墨烯纳米带边界态的第一原理研究

利用基于密度泛函理论的第一性计算,对单双层结构的石墨烯纳米带的稳态结构和电子结构进行了研究。研究表明：α型的边界层的吸引使体系发生边界弯曲并存在非零能量边界态,届型的边界体系保持结构平整。它们都在单双层边界存在零能量的边界态。     

石墨烯量子点用于修复石墨烯结构缺陷及其薄膜导热性能研究

为解决GO制备过程中,不可避免引入的石墨烯拓扑结构缺陷对热传递性能的显著影响,研究采用石墨烯量子点(GQDs)作为外部碳源,通过在高温条件下修复石墨烯中的拓扑结构缺陷,制备出了自支撑的石墨化–氧化石墨烯/石墨烯量子点(g-GO/GQDs)散热薄膜。与原始的gGO膜相比,g-GO/GQDs薄膜的面内热导率提高了22.1%,达到739.04 W/(m·K)。通过进一步的薄膜结构分析,发现其热导率的提高可归因于石墨化过程中sp2碳晶格域的恢复和形成。石墨烯导热薄膜的散热性能研究表明,该研究结果可有效提高石墨烯薄膜的散热效果,为制备高性能散热薄膜提供了新思路。     

点杂质对于具有S波配对势的扶手椅型石墨烯纳米带性质的影响

基于BCS理论,在紧束缚近似下,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,自洽地计算了扶手型石墨烯纳米带中s波超导配对势随空间变化的分布情况.讨论了单个点杂质分别处于边界点和内部点时对于体系超导性质的影响,还进一步给出了杂质点处的局域态密度( LDOS)随杂质位置和强度的变化.