密度泛函理论研究无限长掺杂Zn的棱柱型硅纳米管

摘要

运用密度泛函方法在(U)B3LYP/LanL2DZ水平上研究了无限长四棱柱、五棱柱和六棱柱型掺杂锌的硅纳米管的几何结构、电荷布局、能级和电偶极矩.计算结果表明,无限长四、六棱柱型Zn-Si纳米管的最低能结构均保持着基本的管状结构,五棱柱型的则畸变严重.五棱柱和六棱柱型Zn-Si纳米管的最低能结构的电子自旋多重态都为五重态,而四棱柱的为单重态.五棱柱型Zn-Si纳米管是这三种纳米管中热力学稳定性最强的.四、六棱柱型Zn-Si纳米管中电子从硅原子转向Zn原子,Zn原子充当电荷的受体,出现了电子反转现象.五棱柱型Zn-Si纳米管电子的转移方向比较复杂,Zn原子的位置不同,充当不同的电荷角色.两边的Zn 原子是电荷的施体,而中间的则充当了电荷的受体.无限长掺杂Zn 的五棱柱型硅纳米管的HOMO-LUMO 能隙比较大,它的化学稳定性比较强.这三种纳米管呈半导体型.虽然这三种纳米管是极性的,但是五棱柱型的极性很弱.