论文部分内容阅读
利用基于密度泛函的第一原理量子计算模拟,我们研究了几种碳基纳米材料的电子性质和输运特性,并通过对其性质的模拟进行了相应的器件设计,提出了一些构建碳基纳米器件的设想。首先,研究了富勒烯纯碳分子器件的电子输运性质,并演示了该分子结作为纳米电子开关的可能性。以单壁碳纳米管为电极,由C20分子（链）/C70分子和半无限长的碳纳米管构建全碳分子结体系。我们发现改变碳纳米管电极和富勒烯分子间的距离、改变富勒烯分子的取向、旋转一电极都可以使这种体系的朗道电导有几个数量级的变化,电子透射得到有效调制。由此,我们提出了基于富勒烯分子全碳分子结成为纳米电子开关的可能性。同时,我们论证了分子构型选择、结构弛豫和掺杂在此类器件设计中发挥重要的作用。第二,较系统地研究了单层石墨纳米带的基本电子学特性和输运性质,并重点研究了石墨纳米带缺陷效应。主要研究了带内和边缘的单空位、带内双空位拓扑缺陷效应以及双空位缺陷处的气体吸附性质。研究发现,各种缺陷浓度、位置和取向对其能带结构和输运性质有影响,其原因在于缺陷的存在改变了石墨纳米带几何结构、破坏了对称性,也归哲于纳米带的量子尺寸效应。进一步研究发现,从能量上看气体分子在缺陷处吸附更趋稳定,与实验结果相吻合。第三,深入讨论了具有Stone-Wales（SW）缺陷的半导体性石墨纳米带的羧基（COOH）化学功能化,提出了功能化的缺陷石墨纳米带成为未来化学传感器的可能性。我们研究发现SW缺陷和羧基（COOH）的相互作用会导致SW-GNRs的几何结构和电子结构的改变。通过增强轴向SW缺陷-羧基（COOH）对浓度,系统电导率会显著增加,最终会由半导体行为转变为p-型金属行为。最后,设计了两种基于T型结结构的石墨纳米带（T-GNRs）和基于十字型结结构的石墨纳米带（十-GNRs）,并研究了这些结构的本征电子传输性质和氮（或硼）掺杂效应。研究发现,各种结的电子和传输特性十分依赖其自身的手性、长度,分支的高度、宽度等几何特性。这些固有的特性使得此类准二维的连接结构有望成为纳电子器件中能调控电导的连接器件单元。