线缺陷对扶手型石墨烯纳米带能隙的调控

采用单轨道最近邻紧束缚模型,我们研究了线缺陷的位置、类型和强度对扶手型石墨烯纳米带(AGNRs)能隙的调控.计算结果表明,对于带宽N为3n(n为整数)的半导体AGNRs,加一条位于Ni≠3m-1的两体线缺陷后(N_i为缺陷位置,m为整数),能隙关闭,纳米带呈金属性;而N=3n+1的半导体AGNRs关闭能隙的两体线缺陷位置为Ni≠3m-2.对于带宽N=3n+2的金属性AGNRs,可在Ni≠3m位置处加一条子格线缺陷打开能隙,使纳米带呈半导体性,同时在费米能附近出现一个波速为零的局域态;增加正常原子与缺陷原子之间的交叠积分,可使局域态消失,同时保持半导体性.利用格林函数方法,我们研究了一个两端口有限尺寸AGNRs的电子输运模型,计算了体系在有线缺陷时的透射系数和态密度,结果与能带谱计算结果相一致.

非均匀电势和子晶格势调控下扶手型石墨烯纳米带的电子特性

扶手型石墨烯纳米带,由于其纳米带宽度的差异,可以分为金属型与半导体型.本文主要研究非均匀电势和子晶格势作用下扶手型石墨烯纳米带的电子特性.我们发现当只有子晶格势作用时,不同类型的扶手型石墨烯纳米带的能隙随子晶格势的增大基本呈线性增长.然而不同类型的扶手型石墨烯纳米带的能隙随非均匀电势的增大却呈现出不同的变化趋势.对于金属型的情况,在非均匀电势和子晶格势共同调控下,可以实现能隙的打开与闭合.最后,在纳米带上施加垂直磁场,两端电导表现出有趣的量子演化行为.

点杂质对于具有S波配对势的扶手椅型石墨烯纳米带性质的影响

基于BCS理论,在紧束缚近似下,通过求解Bogoliubov-de Gennes(BdG)方程,自洽地计算了扶手型石墨烯纳米带中s波超导配对势随空间变化的分布情况.讨论了单个点杂质分别处于边界点和内部点时对于体系超导性质的影响,还进一步给出了杂质点处的局域态密度(LDOS)随杂质位置和强度的变化.

扶手椅型石墨烯纳米带输运性质的应变调控——以微小应变作用为例

采用非平衡格林函数方法和密度泛函理论的第一性原理,计算外加非轴向微小应变作用下扶手椅型石墨烯纳米带的电子能态密度和透射谱.结果表明,半导体型扶手椅石墨烯纳米带的电子透射系数和能态密度对外加非轴向应变十分敏感,金属型扶手椅石墨烯纳米带的带隙在微小应变下即可打开.

非近邻跳跃对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响

根据π电子的紧束缚模型,将电子的次近邻和第三近邻跳跃能考虑在内,得到扶手椅型石墨烯纳米带(AGRNs)能带结构的解析解.讨论了由次近邻和第三近邻电子跳跃引起的能带和能隙变化,发现次近邻和第三近邻跳跃分别对带隙产生增大和减小的影响.比较了边界弛豫与非近邻跳跃之间的互相竞争关系.当纳米带的宽度n为奇数时,二维石墨面的紧束缚模型中所固有的vanHove奇异性表现为AGRNs中的无色散带.当AGRNs宽度增加时,能谱趋向于二维石墨烯时的能谱结构.

铂掺杂扶手椅型石墨烯纳米带的电学特性研究

本文采用基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算了铂原子填充扶手椅型石墨烯纳米带(AGNR)中双空位结构的电学性能.计算结果表明:通过控制铂原子的掺杂位置,可以实现纳米带循环经历小带隙半导体一金属一大带隙半导体的相变过程;纳米带边缘位置是铂原子掺杂的最稳定位置,边缘掺杂纳米带的带隙值随宽度的变化与本征AGNR一样可用三簇曲线表示,但在较大宽度时简并成两条曲线,一定程度上抑制了带隙值的振荡;并且铂原子边缘掺杂导致宽度系数Na=3p和3p+1(p是一个整数)的几个较窄纳米带的带隙中出现杂质能级,有效地降低了其过大的带隙值.此外,铂掺杂.AGNR的能带结构对掺杂浓度不是很敏感,从而降低了对实验精度的挑战.本文的计算有利于推动石墨烯纳米带在纳米电子学方面的应用.

单空位缺陷诱导的扶手椅型石墨烯纳米带电学性能的转变

本文基于密度泛函理论的第一性原理计算了单空位缺陷对扶手椅型石墨烯纳米带电学特性的影响.计算结果表明:当单空位位于纳米带边缘位置时,系统结构最稳定.不同位置上单空位缺陷的引入都会使得原本为半导体的本征扶手椅型石墨烯纳米带变成金属性;随着单空位浓度的减小,其对纳米带能带结构的影响逐渐减弱;随着纳米带宽度的增大,表征其金属性的特征值表现出震荡性的减弱.单空位缺陷诱导的扶手椅型纳米带的半导体特性到金属特性的转变为石墨烯在电子器件中的应用提供了理论指导.

掺杂armchair石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

基于第一性原理计算,研究了B/N掺杂对宽度为Na=3p+2=11的扶手椅(Armchair)型石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响.杂质的存在使得扶手椅型石墨烯纳米带的能隙增大,并在能隙中出现了一条局域的杂质态能带,杂质的位置也影响其能带结构.另外,杂质的存在还引起输运过程中的电子共振散射,其特点与掺杂种类、掺杂位置和结构对称性有关.