形变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,推导出轴向拉伸和扭转形变时碳纳米管（CNT）的能带公式.结果显示拉伸和扭转形变都可以改变CNT的导电性质,在金属型和半导体型之间转变,特别是对于锯齿型CNT,根据n 与3的余数关系,在拉伸和扭转中分别显示出三种不同的变化规律.进一步应用场效应晶体管Natori理论模拟计算形变对CNT场效应晶体管的电流-电压特性的影响,锯齿型CNT根据n 与3的余数关系表现出不同的电流变化趋势,而对于扶手椅型CNT轴向拉伸不改变电流;在扭转形变时,CNT电流急剧升高,特别是扶手椅型CNT.锯齿型CNT和扶手椅型CNT的电流随扭转角度和外电压行为明显不同.在某些特定的扭转角度,电流随扭转角度变化非常显著,显示出锯齿型CNT和扶手椅型CNT发生半导体型与金属型之间的转变. 关键词： 碳纳米管 紧束缚理论 费米能级 能带结构     

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     

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。     

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     

曲率效应对超小碳纳米管电子性质的影响

在考虑曲率效应的情况下,在螺旋坐标系下解析地推导了非手性的碳纳米管(SWNTs)(包括扶手椅型和锯齿型)的能量色散关系,并分析了曲率效应对超小扶手椅型SWNTs的能带、能隙和导电能力及其对超小锯齿型SWNTs(包括扶手椅型和锯齿型)的能隙的影响.     

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     

碳纳米管在高压下的电学性质与状态方程

 在金刚石压砧装置上，采用电阻测量方法研究了多层碳纳米管在室温下、23 GPa内的电阻与压力的关系。实验结果表明，在1.5～4.6 GPa内，电阻急剧减小，而在5.7 GPa左右，电阻出现一个极大值。这些变化与碳纳米管的结构、形状和层间距离的变化有关。同时，还在活塞-圆筒式p-V关系测量装置上首次研究了多层碳纳米管在室温下、4.5 GPa内的p-V关系，给出了它在第一次和第七次压缩时的状态方程。     

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     

Electron field emission from single-walled carbon nanotube nonwoven

Field emission from single-walled carbon nanotube (SWNT) nonwoven has been investigated under high vacuum with different vacuum gaps. A low turn-on electric field of 1.05\,V/$\mu $m is required to reach an emission current density of 10 $\mu $A/cm$^{2}$. An emission current density of 10 mA/cm$^{2}$ is obtained at an operating electric field of 1.88\,V/$\mu $m. No current saturation is found even at an emission current of 5\,mA. With the vacuum gap increasing from 1 to 10 mm, the turn-on field decreases monotonically from 1.21 to 0.68\,V/$\mu $m, while the field amplification is augmented. The good field-emission behaviour is ascribed to the combined effects of the intrinsic field emission of SWNT and the waved topography of the nonwoven.     

Novel carbon nanotube iron oxide magnetic nanocomposites

A novel magnetic nanocomposite of γ-Fe₂O₃ nanoparticles decorated multiwalls carbon nanotubes (MWNTs) was synthesized for the first time by a simple chemistry precipitation method. The structure and morphology of the composite was characterized by X-ray powder diffractometer (XRD), TEM and EDS. The results of XRD and TEM show that γ-Fe₂O₃ nanoparticles is immobilized on the side wall of the MWNTs, the size of most of the particle is <5 nm.The EDS analysis shows that the atomic ratio of Fe to O is 2:3. The magnetization curves of the MWNTs and γ-Fe₂O₃ decorated MWNTs were measured by VSM at room temperature, which indicate that the saturated magnetization (Ms), remanence (Mr) and coercivity (Hc) of the decorated MWNTs are much larger than those of MWNTs, and the decorated MWNTs exhibit well magnetic properties.     

外加电场作用下碳纳米管结构稳定性及结构修饰研究

利用外加电场的方法，对多壁碳纳米管的结构稳定性进行了研究.结果表明当场强达到30 V/nm时，碳纳米管端部的结构失稳，端部碳原子间的π键被打开，外部原子开始进入到碳纳米管的结构中.利用电子显微镜作为纳米加工仪器，通过外加电场的方法在多壁碳纳米管的端部制备了非晶态碳纳米线，形成碳纳米管-纳米线复合结构.碳纳米管和纳米线结合处的σ键作为绝缘界面，形成了电子输运的势垒.     

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.     

Electron transport in carbon nanotube quantum dots in an axial magnetic field

The quantum conductance of the quantum dots (QDs) made of two kinds of primary carbon nanotubes (CNTs), i.e., armchair and zigzag CNTs, threaded by an axial magnetic field, has been studied by using the tight binding approximation and constant interaction model. It is found that under increasing axial magnetic field, each conductance shell of the zigzag CNT-QDs could split into two groups with each group of two peaks moving up or down, respectively. And the up- and down-moving two peaks would re-group with other two peaks, down- and up-moving, in the neighboring shell, forming a new four-peak shell, and then re-splitting, re-grouping again due to the Aharonov-Bohm effect, which is in agreement with those of experiments. But, in contrast, the conductance shells of the armchair CNT-QDs do not split by the magnetic field. Our subsequent theoretical studies show further that the above phenomena, i.e., the conductance shell-splitting, re-grouping, and re-splitting again with increasing the magnetic field exist in all the CNT-QDs except for the armchair one.     

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