下载后可任意编辑不同宽度锯齿型石墨烯纳米带的第一原理讨论摘要: 本文采纳第一原理密度泛函理论, 讨论了不同宽度边缘饱和(氢原子)一维石墨片纳米带的电学性质。讨论表明: 对于所有宽度锯齿型纳米带, 其几何结构和电子结构与碳纳米带的宽度密切相关。这为揭示纳米带尺寸效应提供了一条切实可行的道路。关键词: 密度泛函理论; 石墨烯纳米带; 电子结构一 引言自 英国曼彻斯特大学的 Geim 等人成功制备出石墨烯以来。人们才获得了真正意义上的二维形式的碳( graphene) , 石墨烯的讨论热潮由此宣告开始, 成为当前材料讨论领域最前沿课题之一[1,6]。石墨烯是指单层碳原子密堆排列成二维( 2D) 正六边形蜂窝状点阵所形成的材料, 它是构成石墨的基本单元。GNR在微电子器件的实际制造过程中更具有使用价值和讨论意义。英国 Geim 小组制作成由 GNR 组成的电路系统, 发现 GNR 显示出很强的双极电场效应; 日本 Tada和 Watanabe 采纳含时密度泛函计算了 GNR 的场发射, 发现场发射电流的主要贡献来自于清洁的 GNR 边缘悬挂键。清华大学的 Huang 等人[7]就经过在锯齿型石墨烯纳米带边界掺杂 N 或 B 原子的讨论, 发现经过在锯齿型石墨烯纳米带边界进行有选择的掺杂, 能够构建出包含从金属到半导体再到金属转变同质结的场效应晶体管。虽然从严格意义上来讲, 石墨烯应该是二维无限大的, 但在具体应用中材料尺寸是有限大小的。当石墨烯的尺寸被裁剪至 100nm 以下时, 由于限域效应, 石墨烯将呈现半导体性。因此, 石墨烯的剪裁产物( 如: 石墨烯纳米带) 及其它变体在微电子技术与器件等领域将更具有实际意义[8,9]。本文利用第一原理密度泛函理论, 讨论了氢原子饱和下不同宽度锯齿型GNRs 的几何结构和电子结构, 探讨了宽度对氢饱和锯齿型石墨烯纳米带几何结构和电子结构的影响。二 理论方法本文采纳第一原理密度泛函软件 DMOL3, 首先建立两种碳纳米尖锥结构, 对模型进行几何优化, 得到稳定的几何构型。结构优化过程中, 采纳局域密度下载后可任意编辑近似( LDA) , 以确定能量最低的几何构型。在此基础上, 采纳广义梯度近似( GGA) 方法处理电子之间相互作用进行电学性质的理论讨论, 其具体的修正交换关联势为 Perdew-Burke-Ernzerhof[10]。文中选用的基函数为双数值基组(DNP), 有限基集的截止半径均为 5.5Å。三 结果与讨论 (a) (b) (c) (d) 图 1 不同宽度氢原子饱和锯齿型石墨烯纳米带上图...
