石墨烯纳米条带紧束缚波函数与手征特性研究

摘要

石墨烯(graphene)是一种单层的蜂窝结构碳原子晶体,其特殊的几何结构和物理性质已成为凝聚态和材料研究领域的热点之一.基于碳原子轨道杂化,人们相继发现了碳C60、纳米碳管和石墨烯等碳元素的同分异构体-石墨烯集纳米碳管和分子电子器件等功能于一身,具有许多优异而独特的物理、化学和机械性能,引起了广泛关注。本文对石墨烯纳米条带的电子结构和相应的手征特性进行了研究。利用碳原子的sp2轨道杂化原理解释了石墨烯蜂窝状结构的形成,在此基础上从紧束缚近似出发,计算出了跟离散的波矢kn和km相关的色散关系,然后代入不同边缘形状石墨烯纳米条带的边界条件,得出了了扶手椅(Armchalir)型和反扶手椅(Anti-armchair)型边缘石墨烯纳米条带的色散关系.在色散关系的基础上,计算了扶手椅型石墨烯纳米条带电子波函数的解析形式,并且粗略地计算了锯齿型石墨烯纳米条带的电子波函数的表达式,最后我们分别概括了两种不同石墨烯纳米条带的手征特性。
　　 本研究分为五个部分：第一章简要介绍了石墨烯晶体和石墨烯纳米条带的研究历史与现状；第二章用碳原子的sp2轨道杂化理论,解释了石墨烯蜂窝状结构的形成机理,还简单介绍了石墨烯的实验制备及其应用；第三章我们从紧束缚近似出发,计算出了无限大石墨烯平面晶体的色散关系和电子波函数,并介绍了石墨烯的一些奇异物理性能；第四章我们讨论了石墨烯纳米条带边缘形貌的分类,并把边界条件代入石墨烯的色散关系和电子波函数中,计算出了扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米条带的色散关系以及电子波函数的解析形式,并分别概括这两种石墨烯纳米条带的手征特性；第五章我们对本文的工作和特色进行了总结与归纳,并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

§1.1研究背景与选题依据

§1.2本文研究的主要内容与科学意义

第二章 石墨烯的形成机理与实验制备

§2.1碳元素的同分异构体

§2.2碳原子的sp2轨道杂化

§2.3石墨烯的实验制备及其意义

§2.4石墨烯纳米结构及其应用

第三章 石墨烯电子结构与奇异物理性质

§3.1石墨烯电子能带计算

§3.2石墨烯电子紧束缚波函数

§3.3石墨烯的奇异物理性能

第四章 石墨烯纳米条带的手征特性

§4.1石墨烯条带边缘形貌分类

§4.2扶手椅边缘石墨烯纳米条带

§4.2.1扶手椅边缘波函数与能带计算

§4.2.2反扶手椅边缘波函数与能带计算

§4.2.3扶手椅型石墨烯条带的手征特性

§4.3锯齿边缘石墨烯纳米条带

§4.3.1波函数与能带计算

§4.3.2锯齿型石墨烯条带的手征特性

第五章 总结和展望

§5.1全文总结

§5.2本论文的创新点

§5.3后续工作展望

参考文献、发表的论文

致谢