拉伸形变B2C纳米管电子结构的第一性原理计算研究

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低维纳米结构材料具有很多不同于体材料的特性,吸引了众多研究者。目前人们已经不仅仅满足于一些已知材料的研究,还在不断探索新的低维纳米结构材料。  本文用第一性原理数值计算方法研究了B2C硼碳纳米管的径向呼吸模频率,B2C硼碳纳米管的能带结构以及拉伸形变对其电子结构的影响。  在第一章中,我们简单介绍了碳基纳米材料的发展历史,目前一些准一维材料的理论和实验进展,以及前人用第一性原理预测的新纳米材料B2C graphene。  在第二章中,我们分别介绍了碳纳米管和B2C纳米材料的几何结构和电子结构,并将两者做了简单的比较。  在第三章中,我们首先简单介绍了第一性原理计算的相关知识,特别是密度泛函的基本理论和方法,然后重点介绍了密度泛函理论中的Kohn-Sham方程,和累计力常数方法。最后简单介绍了第一性原理计算程序VASP软件包。  在第四章中,我们计算了新B2C硼碳纳米管的径向呼吸模频率和电子能带结构;研究了拉伸形变对其能带与带隙的影响。在第一节中,我们简单地介绍了有关碳纳米材料和B2C硼碳纳米材料的研究背景,并比较了两者之间的几何结构和物性。第二节中,我们介绍了关于B2C硼碳纳米管的计算模型和细节。然后在第三节中,我们用第一性原理累计力常数方法分别计算了两种B2C纳米管的径向呼吸模,以及它们与管径的关系;用变分法选择性地计算了(0,5)及(5,0)两种B2C纳米管的倔强系数,并对两种方法得出的结果进行了比较。最后探讨了拉伸形变下B2C纳米管的能带结构以及带隙。在第四节中,对所得结论进行了总结。我们的计算结果表明:1)与碳管相似,B2C硼碳纳米管也存在典型的拉曼活性模——径向呼吸模,其频率的大小与管的类型有关,而且除少数小管径的B2C硼碳纳米管外,几乎都与管径的倒数成线性关系。2)在拉伸形变下,(n,0)B2C硼碳纳米管的能带变化很大。而且对于n为奇数的B2C管而言,未拉伸时其带隙不为零,但随着拉伸应力的增大其带隙会减小到零,从而发生明显的金属—绝缘体转变;而对于n为偶数的(n,0)管以及(0,n)B2C管,未拉伸时其带隙为零,拉伸后带隙仍为零且不会出现金属—绝缘体转变。我们希望今后的实验可以验证我们上述的理论预测结果。
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