富勒烯和叠层石墨烯分子器件电子输运性质的理论研究

摘要

本文利用密度泛函理论和非平衡格林函数方法对富勒烯和石墨烯纳米带两种低维碳基纳米材料的电子结构和输运性质进行了理论计算。
　　 首先，研究了硼氮掺杂对富勒烯C82分子器件输运性质的影响。研究发现，取代掺杂可以增强C82分子器件的电子输运能力，并发现了负微分电阻现象。经分析，我们认为偏压的改变会引起电子波函数的分布变化，使分子与电极之间耦合发生非线性改变，从而导致负微分电阻现象出现。
　　 接着，本文研究了边缘氢化对AB堆垛的双层石墨烯纳米带输运性质的影响。研究发现，双层石墨烯纳米带的输运性质强依赖于氢化的位置。特别是，与电极相连的石墨烯纳米带边缘的双氢饱和，强烈的影响体系的输运性质。
　　 最后，研究了多空位缺陷对AB堆垛的双层石墨烯纳米带电子结构和输运性质的影响。空位缺陷的引入导致了体系能隙的改变，缺陷在中央时能隙略有减小，而在边缘时能隙明显增大。并且，石墨烯纳米带中央缺陷的引入对输运性质的影响不大，而边缘处空位缺陷的引入使电流明显增强。理论研究结果表明，边缘结构的破坏使得附加层石墨烯片对输运的阻碍效应减小，并导致费米能级附近态密度峰的增加，从而使得体系的输运性质增强。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 富勒烯

1．2．1 富勒烯的发现

1．2．2 富勒烯的结构特点和制备方法

1．2．3 富勒烯的研究背景和应用

1．3 石墨烯纳米带

1．3．1 石墨烯及石墨纳米带的研究背景

1．3．2 石墨烯纳米带

1．4 论文的主要内容及意义

第二章 密度泛函理论

2．1 背景

2．1．1 Born-Oppenheimer近似(绝热近似)

2．1．2 单电子近似

2．2 基本原理

2．2．1 Hohenberg-Kohn定理

2．2．2 Kohn-Sham方程

2．2．3 交换关联函数

2．3 赝势方法

2．4 量子输运理论

2．4．1 Landauer理论

2．4．2 两极系统的计算方案

2．5 相关计算软件简介

2．5．1 ATK(Atomistix ToolKit)

2．5．2 VASP

第三章 硼氮掺杂对富勒烯C82分子器件电子输运性质的影响

3．1 引言

3．2 模型和计算方法

3．2．1 C82模型分子

3．2．2 分子结体系的构建

3．2．3 计算方法

3．3 计算结果和讨论

3．4 本章小结

第四章 双层石墨烯纳米带电子结构和输运性质的研究

4．1 引言

4．2 边缘氢化对AB堆垛的双层石墨烯纳米带输运性质的影响

4．2．1 计算模型和方法

4．2．2 计算结果和讨论

4．3 空位缺陷对AB堆垛的双层石墨烯纳米带电子输运性质的影响

4．3．1 空位缺陷对AB堆垛的双层石墨烯纳米带电子结构的影响

4．3．2 空位缺陷对AB堆垛的双层石墨烯纳米带输运性质的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要研究成果