C5N石墨烯纳米带超高电导特性研究

论文摘要

本文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的方法,系统地分析了硼原子,氮原子掺杂石墨烯纳米带的电子结构和输运性质。得到以下结论:我们系统地研究了硼原子化学吸附扶手椅石墨烯纳米带（B-AGNR）的电子结构和磁性性质。结果表明,虽然硼原子吸附石墨烯可以引入高净磁性,但是对这种磁性石墨烯的切割不总是能产生磁性纳米带。只有宽度为W=3p+1家族的纳米带是磁性的,磁矩为1.0μB,并且对吸附位置,纳米带宽和超晶胞长度都不敏感;而W=3p和3p+2家族的纳米带是非磁性的。与硼原子取代掺杂不同,硼原子吸附使费米能级上移,且硼原子和邻近碳原子Pz轨道的耦合在每个条带中都诱导产生了半充满能带。而且,我们还发现半充满能带的分布完全依赖于家族特性。由于较强的量子限域和边缘效应,它在W=3p或3p+2家族具有很好的离域性,但在W=3p+1家族局域性却很强。此外,通过减小带宽和增加超晶胞长度来增强量子限制和减弱硼原子之间的相互作用,半充满能带的局域性可以提高。严重局域化的半充满能带位于费米能级上,由于受到库仑斥力的作用发生自旋分裂,导致体系出现磁性半导体特性。我们的研究结果不仅为半导体自旋电子器件提供了有发展前景的一维材料,而且还为非金属原子吸附扶手型石墨烯纳米带的磁性行为提出了基本见解。高导电率材料在电子产品中具有很大的潜在应用价值。我们发现有序氮掺杂石墨烯纳米带具有超高电导。氮原子掺杂导致费米能级上移,在系统中引入离域性非常好的半充满能带,且这些能带穿过费米能级的次数随着纳米带宽度的增加而增加,导致系统在费米能级处具有超高态密度。值得注意的是,纳米带的电导随着宽度的增加而增大,并在宽度小于5 nm的锯齿型和扶手型边缘的纳米带中可获得一个超高电导（>15 G0）。此外,我们还得到了氮原子掺杂浓度和纳米带费米能级改变量之间的一个简单的线性关系。这个线性关系对于理解和控制C5N-GNR的电子性质具有重大意义。我们的研究结果为实现高电导率材料开辟了新途径。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 石墨烯
•   1.3 石墨烯纳米带
•     1.3.1 石墨烯纳米带的制备
•     1.3.2 石墨烯纳米带的性质及应用
•   1.4 本章小结
• 第二章 理论和研究方法
•   2.1 电子结构计算
•     2.1.1 Born-Oppenheimer近似
•     2.1.2 Hartree-Fock近似
•     2.1.3 密度泛函理论
•   2.2 量子输运理论
•     2.2.1 格林函数方法
•     2.2.2 非平衡格林函数
•   2.3 本章小结
• 第三章 吸附硼原子的石墨烯条带磁性的家族依赖性
•   3.1 引言
•   3.2 模型与计算方法
•   3.3 结果和讨论
•   3.4 本章小结
• 第四章 有序氮掺杂石墨烯纳米带超高电导及其机理研究
•   4.1 引言
•   4.2 模型与计算方法
•   4.3 结果和讨论
•     4.3.1 扶手型石墨烯纳米带
•     4.3.2 锯齿型石墨烯纳米带
•     4.3.3 费米能级的移动量与掺杂浓度之间的线性关系
•     4.3.4 讨论
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 晏卫卫

导师: 李小飞

关键词: 第一性原理,石墨烯纳米带,电导率,自旋极化

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,无机化工,材料科学

单位: 电子科技大学

分类号: O511;TQ127.11;TB383.1

总页数: 71

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