外加横向电场作用下石墨烯纳米带电子结构的密度泛函紧束缚计算

采用基于密度泛函理论的紧束缚方法计算研究了外加横向电场对边缘未加氢/加氢钝化的扶手椅型石墨烯纳米带的电子结构及电子布居数的影响.计算结果表明,石墨烯纳米带的能隙变化受其宽带影响.当施加沿其宽度方向的横向外加电场时,纳米带的能带结构及态密度都会产生较大的变化.对于具有半导体性的边缘未加氢纳米带,随着所施加电场强度的增加,...     

Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究

采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现,完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带,边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小,且缺陷浓度越大,能隙越小,并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果,将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪. 关键词： 石墨纳米带 空位缺陷 电子结构 输运性质     

Zigzag型石墨纳米带电子结构和输运性质的第一性原理研究

采用第一性原理电子结构和输运性质计算研究了zigzag型单层石墨纳米带(具有armchair 边缘)的电子结构和输运性质及其边缘空位缺陷效应. 研究发现，完整边缘的zigzag型石墨纳米带是具有一定能隙的半导体带，边缘空位缺陷的存在使得纳米带能隙变小，且缺陷浓度越大，能隙越小，并发生了半导体-金属转变. 利用这些研究结果，将有助于在能带工程中实现其电子结构裁剪.     

N掺杂对zigzag型石墨烯纳米带的能带结构和输运性质的影响

用第一性原理研究了N掺杂zigzag型石墨烯纳米带(z-GNRs)的能带结构、透射谱和电流电压特性,研究结果表明N掺杂将使得z-GNRs的能带结构中出现能隙,材料从金属转变为半导体;随着杂质浓度的增大,相同偏压下电流明显减小,同时体系费米面附近的透射率逐渐减小;z-GNRs的长度、宽度以及N原子的替代掺杂位置均会对输运性质产生影响,在宽度较小的情况下,掺杂浓度和掺杂位置两种因素共同影响体系的输运性质. 关键词： 石墨烯纳米带 N掺杂 能带结构 输运性质     

A-Z-A型石墨烯场效应晶体管吸附 效应的第一性原理研究

利用第一性原理的计算方法, 研究了A-Z-A型GNR-FET的电子结构和输运性质及其分子吸附效应. 得到了以下结论: 纯净的A-Z-A型GNR-FET具有典型的双极型晶体管特性, 吸附分子的存在会使纳米带能隙变小. 对于吸附H, H₂, H₂O, N₂, NO, NO₂, O₂, CO₂和SO₂分子的情况, A-Z-A型GNR-FET仍然保持着场效应晶体管的基本特征, 但吸附不同类型的分子会使GNR-FET的输运特性发生不同程度的改变; 对于吸附OH分子的情况, 输运特性发生了本质的改变, 完全不具有场效应晶体管的特性. 这些研究结果将有助于石墨烯气体探测器的工程实现, 并对应用于不同环境中GNR-FET的设计具有重要指导意义.     

锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运

基于紧束缚格林函数方法,研究了两半无限长锯齿型石墨纳米带叠层复合结的电子输运性质.结果表明,层间次近邻相互作用、叠层区长度及门电压对复合结的电子透射谱有重要调制作用.层间次近邻相互作用导致复合结的透射谱关于费米能呈现非对称性,与实验结果很好相符.低于费米能第一子能区内周期性出现透射系数为0和1的台阶,呈现全反射与透射现象.随散射结长度增加,透射系数在1内周期性振荡,呈现明显的量子干涉效应.在门电压调控下,低于费米能的透射系数出现了从1到0的转变,类似于开关效应.相关结果对基于石墨烯器件的设计与应用有指导意义.     

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     

Electronic properties of graphene nanoribbon doped by boron/nitrogen pair: a first-principles study

By using the first-principles calculations, the electronic properties of graphene nanoribbon (GNR) doped by boron/nitrogen (B/N) bonded pair are investigated. It is found that B/N bonded pair tends to be doped at the edges of GNR and B/N pair doping in GNR is easier to carry out than single B doping and unbonded B/N co-doping in GNR. The electronic structure of GNR doped by B/N pair is very sensitive to doping site besides the ribbon width and chirality. Moreover, B/N pair doping can selectively adjust the energy gap of armchair GNR and can induce the semimetal-semiconductor transmission for zigzag GNR. This fact may lead to a possible method for energy band engineering of GNRs and benefit the design of graphene electronic device.     

Electronic properties of graphene nanoribbon doped by boron/nitrogen pair： a first-principles study

By using the first-principles calculations,the electronic properties of graphene nanoribbon (GNR) doped by boron/nitrogen (B/N) bonded pair are investigated.It is found that B/N bonded pair tends to be doped at the edges of GNR and B/N pair doping in GNR is easier to carry out than single B doping and unbonded B/N co-doping in GNR.The electronic structure of GNR doped by B/N pair is very sensitive to doping site besides the ribbon width and chirality.Moreover,B/N pair doping can selectively adjust the energy gap of armchair GNR and can induce the semimetal-semiconductor transmission for zigzag GNR.This fact may lead to a possible method for energy band engineering of GNRs and benefit the design of graphene electronic device.     

扶手椅型石墨纳米带的双空位缺陷效应研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理电子结构和输运性质计算,研究了扶手椅型石墨纳米带（具有锯齿边缘）的双空位缺陷效应.研究发现：双空位缺陷的存在并没有改变石墨纳米带的金属特性,但改变了费米面附近的能带结构.同时,双空位缺陷的取向对石墨纳米带的输运性质有很重要的影响.对于奇数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷使得石墨带导电性能减弱,而垂直双空位能基本保留原有的线性伏安特性,导电性能降低较少;对于偶数宽度的纳米带,斜向双空位缺陷会使石墨带导电性能明显增强,而垂直双空位缺陷则具有完整石墨带的输运性质. 关键词： 石墨纳米带 585双空位缺陷 电子结构 输运性质     

Zigzag型边界石墨烯纳米带的电子态

在紧束缚近似下, 提出有限系统的Bloch定理方法, 解析计算了Zigzag型石墨烯纳米带的电子态和能带.研究发现, 其电子态有两类, 分别是驻波态和边缘态; 驻波态的波矢为实数, 波函数是正弦函数形式; 边缘态的波矢主要是虚数, 实数部分为零或者π/2, 波函数是双曲正弦函数形式. Zigzag型石墨烯纳米带的能带由驻波态能量和边缘态能量组成, 我们推导了边缘态的关于无限长方向波矢和能量的精确取值范围. 讨论了边缘态和驻波态的过渡点, 发现两种电子态通过不同的方式在受限波矢趋于零时关于格点位置逼近线性关系. 当受限方向也变成无限长时, 可以得到与无限大石墨烯相同的能带关系. 关键词： 紧束缚模型 Zigzag型石墨烯纳米带 边缘态     

含Stone-Wales缺陷zigzag型石墨烯纳米带的电学和光学性能研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理对zigzag型石墨烯纳米带中含有不同Stone-Wales缺陷的电子结构特性和光学性能进行研究. 考虑了两种模型:不计电子自旋和考虑电子自旋的情况.研究发现:不计电子自旋情况下,含对称Stone-Wales缺陷的石墨烯纳米带在缺陷区域出现了凹凸不平的折皱构型,两种不同的Stone-Wales缺陷都引起了电荷的重新分布.考虑电子自旋时,Stone-Wales缺陷的引入对石墨烯纳米带自旋密度有显著影响,也引起了不同自旋的电子态密度的变化.进一步研究了纳米带的光学性能,发现 关键词： 石墨烯纳米带 Stone-Wales缺陷 电子结构 光学性能     

小分子吸附调控Ti掺杂石墨烯电子结构和磁性的密度泛函理论研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了气体分子CO、NO、NO_2和SO_2吸附对Ti掺杂石墨烯(Ti G)电子结构和磁性的调制.研究表明:Ti G对CO、NO、NO_2和SO_2分子的吸附作用较强,各分子与Ti原子键合并形成Ti-X键(X代表C、O、N原子);各分子的吸附可导致Gas@Ti G体系电磁性质明显改变:CO分子吸附基底后,虽未能引起CO@Ti G体系电子性质改变和磁性的产生,却能够有效调控该体系的带隙宽度;不同于CO分子,NO、NO_2和SO_2分子的吸附使得半导体性的Ti G基底转变为金属特性,但各体系磁性表征不同:NO@Ti G发生完全自旋极化,即NO分子与基底上均有自旋分布,且二者的自旋方向相同;顺磁性的NO_2分子吸附于Ti G基底时磁性消失;SO_2分子吸附于Ti G基底后自身产生磁性,但基底几乎未发生自旋极化,SO_2@Ti G呈现自旋极化的局域分布特征.由此,依据分子吸附后体系电磁性质特征的不同,可辨识被测气体分子.此项研究结果为高灵敏度和高选择性的石墨烯基气体传感器的设计提供理论参考.     

硼或氮掺杂的锯齿型石墨烯纳米带的非共线磁序与电子输运性质

基于非共线磁序密度泛函/非平衡格林函数方法,研究了硼或氮掺杂的锯齿型石墨烯纳米带的非共线磁序与电子透射系数.未掺杂的石墨烯纳米带的计算结果表明磁化分布主要遵循类似于Neel磁畴壁的螺旋式磁化分布.相比于未掺杂的情况,硼/氮掺杂的石墨烯纳米带的磁化分布出现了双区域的特征,即杂质原子附近的磁化较小,杂质原子左(右)侧区域的磁化分布更接近于左(右)电极的磁化方向,这为通过掺杂手段在石墨烯纳米带边缘上构建不同磁畴壁提供了可能性.与未掺杂的透射系数不同的是,硼/氮掺杂的石墨烯纳米带的透射系数在费米面附近随着磁化偏转角增大而减小,表明非共线磁序引起的自旋翻转散射占据主导地位.而在E=±0.65 eV处,出现了一个较宽的dip结构,投影电子态密度的分析表明其来源于杂质原子形成的束缚态所引起的背散射.我们的研究结果对于理解石墨烯纳米带中的非共线磁序与杂质散射以及器件设计具有一定的意义.     

Electronic and optical properties of the zinc-blende structured LiZnN under pressure

The electronic and optical properties of the cubic zinc-blende (ZB) structured filled tetrahedral semiconductor α-LiZnN under pressure are investigated by using \textit{ab initio} plane wave pseudopotential density functional theory method within the generalized gradient approximation (GGA). The electronic band structure and the density of state under pressure are systematically described. The basic optical constants, including the reflection and absorption spectra, the energy-loss function, the complex refractive index and the dielectric function, are calculated and analysed at different external pressures. Our results suggested that the ZB α-LiZnN is transparent in the partially ultra-violet to the visible light region, and it seems that the transparency is hardly affected by the pressure.     

CdS掺Mg和Ni电子结构和光学性质的密度泛函理论研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,对闪锌矿结构CdS和CdS∶M(M=Mg,Ni)几何结构、能带结构、电子态密度和光学性质进行了系统的研究。几何结构研究对掺杂后体系晶格常量进行了优化计算,结果表明Mg和Ni原子掺入CdS后晶格常量均减小,晶格发生局部畸变。进一步研究了掺杂对体系电子结构的影响,能带结构和电子态密度分析表明由于Ni 3d电子的引入使CdS∶Ni成为半金属铁磁半导体,而Mg 3s电子的引入CdS∶Mg带隙变宽。另外,体系掺杂后,吸收系数分析表明掺杂导致吸收峰在可见光波长区域变化显著,且掺Ni导致吸收峰进一步向长波方向移动。     

The complex band structure for armchair graphene nanoribbons

Using a tight binding transfer matrix method,we calculate the complex band structure of armchair graphene nanoribbons.The real part of the complex band structure calculated by the transfer matrix method fits well with the bulk band structure calculated by a Hermitian matrix.The complex band structure gives extra information on carrier’s decay behaviour.The imaginary loop connects the conduction and valence band,and can profoundly affect the characteristics of nanoscale electronic device made with graphene nanoribbons.In this work,the complex band structure calculation includes not only the first nearest neighbour interaction,but also the effects of edge bond relaxation and the third nearest neighbour interaction.The band gap is classified into three classes.Due to the edge bond relaxation and the third nearest neighbour interaction term,it opens a band gap for N=3M 1.The band gap is almost unchanged for N=3M + 1,but decreased for N=3M.The maximum imaginary wave vector length provides additional information about the electrical characteristics of graphene nanoribbons,and is also classified into three classes.     

First-principles calculations for electronic, optical and thermodynamic properties of ZnS

The electronic, optical and thermodynamic properties of ZnS in the zinc-blende （ZB） and wurtzite （WZ） structures are investigated by using the plane-wave pseudopotential density functional theory （DFT）. The results obtained are consistent with other theoretical results and the available experimental data. When the pressures are above 20.5 and 27 GPa, the ZB-ZnS and the WZ-ZnS are converted into indirect gap semiconductors, respectively. The critical point structure of the frequency-dependent complex dielectric function is investigated and analysed to identify the optical transitions. Moreover, the values of heat capacity Cv and Debye temperature θ at different pressures and different temperatures are also obtained successfully.     

掺杂六角形石墨烯电子输运特性的研究

锯齿型和扶手椅型六角形石墨烯分别跨接在两Au电极上, 构成分子纳器件, 同时考虑对六角形石墨烯分别进行B, N和BN局部规则掺杂. 利用第一性原理方法, 系统地研究了这些器件的电子输运特性. 计算结果表明: B及BN掺杂到扶手椅型六角形石墨烯, 对其电流有较好的调控效应, 同时发现本征及掺杂后的锯齿型六角形石墨烯均表现为半导体性质, 且N及BN掺杂时, 表现出明显的负微分电阻现象, 特别是N掺杂的情况, 能呈现显著的负微分电阻效应, 这也许对于发展分子开关有重要应用. 通过其透射特性及掺杂诱发的六角形石墨烯电子结构的变化, 对这些结果的内在原因进行了说明.