拓扑缺陷对单壁碳纳米管电子结构及其光学光谱的影响

应用密度泛函理论计算了半导体型单壁碳纳米管(7,0)和(8,0)以及其发生镜像对称和非镜像对称Stone-Wales形变、形成异质结(7,0)—(8,0)情况下的能带结构、吸收光谱、反射光谱,并对计算结果进行了比较。研究发现： 引入拓扑缺陷态后,碳纳米管的能带结构发生了明显的变化,费米能级在不同缺陷情况下移动方向不一致;碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象;在光子能量约为E=13 eV处各碳管的吸收谱和反射谱中均出现一特征峰,并且在引入缺陷以后该特征峰向高能区移动。文章对计算结果进行了分析和探讨,可望利用这种拓扑缺陷的引入而产生的光电特性来设计碳管光电器件。     

含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

应用第一性原理密度泛函理论研究了单壁碳纳米管中Stone-Wales(SW)缺陷和氮掺杂情况下的电子结构和光学性质.研究发现,含氮SW缺陷单壁碳纳米管体系的总能降低,结合更稳定,且在费米能级附近出现一条半满的杂质带,并且随着氮掺杂位置的不同,掺杂能态出现显著差异.碳管的吸收和反射明显减弱且吸收峰和反射峰在低能区发生红移现象,在能量小于11eV附近均出现杂质特征峰.本文对计算结果进行了分析研究,可望为含氮SW缺陷碳管在光电材料中的应用提供理论依据.关键词：单壁碳纳米管Stone-Wales缺陷氮掺杂光学性质     

单壁碳纳米管吸附对三联苯的研究

利用对三联苯对单壁碳纳米管进行了化学修饰,并利用透射电镜、紫外可见吸收光谱、拉曼光谱对修饰后的单壁碳纳米管进行了表征分析.通过对比吸附前后的紫外可见吸收光谱发现,吸附后的光谱强度大约下降63.1%,说明单壁碳纳米管吸附上了对三联苯.通过拉曼光谱分析发现,吸附后单壁碳纳米管的拉曼光谱中主要峰的位置向长波方向移动了6～7 cm-1,认为拉曼光谱发生移动的原因是单壁碳纳米管吸附对三联苯前后状态的改变导致的.     

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。     

单壁碳纳米管吸附氧分子的电子输运性质理论研究

用基于第一性原理的密度泛函理论和非平衡态格林函数方法对(4,4)单壁碳纳米管及其吸附氧气分子情况下的平衡态和非平衡态电导性质进行了研究. 发现在小于2 V的偏压下,系统对电压的增加呈现两种不同增长速率的电流响应,其中电压小于1.1 V时电流增加速率较大;而当电压大于该值后,电流对电压增加速率变缓. 吸附的氧分子提供双重的作用,一方面氧分子提供的能级有利于电子隧穿中心散射区;另一方面氧分子的电子态会破坏碳管的平移对称性,从而降低电子对系统的透射能力.关键词：单壁碳纳米管氧分子吸附电子输运非平衡态格林函数     

磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

我们采用半经验的模型、用单激发组态相互作用方法计算并讨论了外加轴向磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响。由于电子电子间相互作用的影响,磁场导致碳纳米管吸收峰能级分裂与磁场不成正比。该结果与简单的能带理论所给出的结果在低磁场情况下有本质的区别,并与实验结果有更高的符合度。该研究进一步证明了电子电子间相互作用以及激子在决定碳纳米管电子结构和光学性质中的重要作用。     

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     

磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响

采用半经验的模型、用单激发组态相互作用方法计算并讨论了外加轴向磁场对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响。由于电子电子间相互作用的影响,磁场导致碳纳米管吸收峰能级分裂与磁场不成正比。该结果与简单的能带理论所给出的结果在低磁场情况下有本质的区别,并与实验结果有更高的符合度。该研究进一步证明了电子电子间相互作用以及激子在决定碳纳米管电子结构和光学性质中的重要作用。     

单壁碳纳米管中电子的有效质量

解析研究了单壁碳纳米管中电子的有效质量,以及导带底的电子有效质量与其管径和螺旋度的关系.结果表明,单壁碳纳米管的几何结构对其电子有效质量有重要的影响.特别是锯齿形窄隙半导体管,发现其导带底的电子有效质量与管径的平方成反比.关键词：单壁碳纳米管电子有效质量     

单壁碳纳米管储氢的第一原理分子动力学模拟

本文用第一性原理平面波赝势方法模拟研究了手性单壁碳纳米管与氢分子的相互作用,考察了碳纳米管直径对储氢性能的影响。对单壁碳纳米管储氢的模拟结果表明: (1)物理吸附时,H2可以吸附在空腔内,也可以吸附在管与管之间的空隙中,纳米管内部的氢吸附力均高于管外,而“完好无损”的H2分子不能够穿过管壁而进入管内。(2)化学吸附时,碳纳米管对氢的吸附首先出现在管的边缘附近,碳纳米管局部会发生形变,SWCNTs的张力会随C-H键的增加而增大,系统不稳定。（3）随着直径的增加,纳米管内、外的氢吸附力差异减小。     

超小碳纳米管的高效率光致可见发光

镶嵌在分子筛骨架中的4A直径的单壁碳纳米管可发出高效的、位于可见光区的光致发光．发光谱呈较宽的线形，其效率约为1％—5％．无论是对激发光的响应，还是发光强度都有很强的偏振依赖特性．结合其吸收光谱、拉曼光谱以及电子能带结构的理论计算，作者讨论了4A碳纳米管的发光机制，并给出了合理的解释．     

Rh在单壁碳纳米管上吸附的密度泛函理论研究

本文利用密度泛函理论研究了Rh原子在（6,6）单壁碳纳米管内外的吸附行为. 通过对Rh在单壁碳纳米管上不同吸附位的吸附构型与吸附能的研究发现: Rh吸附在管内、外的洞位最稳定, 且管外吸附比在管内强. 这是由于单壁碳纳米管的卷曲效应使得管外电荷密度比管内大造成的. 态密度分析表明, 吸附在管内外的Rh原子的5s电子均转移到了4d轨道上; Rh原子4d轨道上的电子转移到了（6, 6）碳管上, 使Rh带正电, 碳管带负电. 结合能带分析表明, Rh原子吸附在管内磁性较弱, 而吸附在管外较强.关键词：密度泛函理论单壁碳纳米管Rh原子吸附     

ZnSe—ZnTe应变层超晶格的光吸收研究

在室温下测量了Znse-ZnTe应变层超晶格的光吸收谱,观测到对应于第一轻重空穴跃迁的吸收台阶.根据测量所得的超晶格带隙确定了ZnSe-ZnTe的价带不连续为1.10eV.     

Effects of vacancy percentage on the energy gap of zigzag single-wall carbon nanotubes

The influence of vacancy percentage on the energy gap of zigzag single-wall carbon nanotube is investigated by the Green's function method in coherent potential approximation. Our probes for various kinds of zigzag single-wall carbon nanotubes show that by increasing vacancy percentage the energy gap is also increased, so for metallic single-wall carbon nanotubes, a metallic to semi-metallic transition is occurred. However, any transition does not appear for semiconductor carbon nanotubes. So by controlling on concentration of vacancies, one can make a semiconductor SWCNT with a predetermined energy gap which is useful in nanoelectronic devices.     

单壁碳纳米管晶格振动模及红外吸收光谱的研究

碳纳米管晶格动力学的研究可以提供碳纳米管结构和螺旋性等方面的相关信息。在室温下测量了单壁碳纳米管的红外吸收光谱,首次在透射法模式下观察到了其晶格振动模的红外吸收峰,通过与晶格动力学理论计算值对照,做出了振动模的初步归属。讨论了单壁碳纳米管高频振动模与管径的关系,并与高取向热解石墨振动模进行了对比。结果表明,红外吸收光谱包含有碳纳米管的许多信息,是研究其晶格动力学的有效方法。     

Absorption spectra of high purity metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube thin films in a wide energy region

Absorption spectra of high purity metallic and semiconducting single-walled carbon nanotubes separated by the density-gradient ultracentrifugation method have been measured in the wide energy region from 1 meV to 5 eV. In the high purity metallic nanotube sample, a strong and broad absorption band has been observed at 0.06 eV. This observation suggests that the optical properties of even high purity metallic nanotube bundles cannot be explained by the simple Drude conduction model. We discuss the origin of these absorption bands for metallic and semiconducting nanotube samples by considering the existence of a small energy gap in metallic nanotube bundles and plasmon resonance.     

a-Si ∶H/SiO2多量子阱材料制备及其光学性能和微结构研究

利用等离子体增强化学气相沉积技术制备了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱结构材料.对a-Si ∶H/SiO₂多量子阱样品分别进行了3种不同的热处理,其中样品经1100 ℃高温退火可获得尺寸可控的nc-Si:H/SiO₂量子点超晶格结构,其尺寸与非晶硅子层厚度相当.比较了a-Si ∶H/SiO₂多量子阱材料与相同制备工艺条件下a-Si ∶H材料的吸收系数,在紫外/可见短波段前者的吸收系数明显增大,光学吸收边蓝移,说明该材料关键词：多量子阱量子限制效应光学吸收能带结构