B-N链掺杂石墨烯纳米带电子结构的第一性原理研究

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石墨烯纳米带由于其独特的几何结构、电子特性以及在未来电子器件中的潜在应用价值而成为众多学者的研究焦点。本文采用基于密度泛函理论的电子结构模拟研究了硼氮链掺杂对石墨烯纳米带的电子结构的影响,主要研究内容如下:研究了单条硼-氮链掺杂到锯齿形/扶手椅形石墨烯纳米带不同位置的难易程度和电子结构特征的差异,掺杂方向平行于石墨烯纳米带边缘,并且考察了石墨烯纳米带自身对称性和宽度的影响。研究结果表明:B-N链掺杂会使体系的总能升高,说明对石墨烯掺杂需要在一定的条件下才能实现。对不同位点掺杂后的总能比较,发现边缘掺杂在所有体系中总能最低,说明硼-氮原子链有向边缘迁移的倾向。分析了B-N链掺杂对石墨烯纳米带电子结构的影响。对于锯齿型石墨烯纳米带,发现硼-氮链掺杂在中央及次中央时,与纯的锯齿型石墨烯纳米带相比,体系的能带变化不大;而掺杂在边缘时,由于体系的边缘态受到很大的影响,在体系能带结构中出现了明显的边缘态,并出现了显著的自旋退简并现象,并且体系能级被明显打开。对于扶手椅型石墨烯纳米带,电子结构十分敏感于掺杂位点和纳米带本身的宽度,硼-氮链掺杂对不同宽度的扶手椅型石墨烯纳米带都能明显的改变其带隙,当掺杂到边缘时改变特别显著,尤其是带宽方向碳原子为7的体系。以上研究表明,B-N链掺杂能有效地调节锯齿型石墨烯纳米带的自旋电子结构特征,同时也能有效地调控石墨烯纳米带的能隙。从而,B-N掺杂的石墨烯纳米带将在新型半导体纳米器件中具有一定的应用价值。
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