T型石墨烯及其衍生物的结构与电子特性

采用基于密度泛函理论的第一原理方法研究了T型石墨烯及其衍生物-n(n=1—5)的结构稳定性和电子结构性质.T型石墨烯是一种拥有四角形环的二维碳材料同素异构体,通过改变连接四角形环的碳链上的碳原子个数n,可以得到一系列的sp-sp~2杂化结构,称其为T型石墨烯衍生物-n.计算结果表明:这些材料的结构稳定性、化学键类型和电子结构性质都依存于n的奇偶性.其中T型石墨烯(n=0)的结构最稳定,并形成一个由8个碳原子构成的大环.声子谱计算的结果表明,n为偶数时的体系具有动力学稳定性,而n为奇数时的体系则是不稳定的.n为偶数时体系四角形环之间的碳链上的化学键呈单、三键交叉排列,体系显示为金属性特征,且随着n的增大,体系的金属性加强.n为奇数时体系四角形环之间的碳链上的化学键则为双键连续排列,体系呈金属性且具有磁性(n=1除外).研究表明该系列材料作为一种新的二维碳材料同素异构体,具有独特的结构和丰富的电子结构特性,很可能在纳米器件中得到广泛应用.