递归格林函数方法研究低维碳纳米材料的能带

摘要

纳米碳材料，是介观物理研究领域发现的一种新型材料，也是当前凝聚态物理学研究的热点之一。因为量子限制效应，纳米碳材料显现出与众不同的电学性质与光学性质，在纳米器件的制造工业中具有巨大的应用前景。
　　本文主要应用递归格林函数方法研究具有周期性结构的碳纳米材料的电子结构。
　　首先我们研究两种典型边界结构--锯齿型边界、扶手型边界石墨纳米条带的能带结构。所得结论都与前人的研究结果相符，在该方法的基础上，我们同时也采用硬壁(hard wall)边界条件的紧束缚理论对AGNRs的能带结构结果进行了理论分析。在采用递归格林函数方法研究半导体性的AGNRs时，我们发现在能隙处存在复能带结构，对该电子耗散态的穿透深度做了初步的计算。
　　A-B型、A-A型堆垛下，ZGNRs依然存在边界态。在A-A型堆垛下两种石墨纳米带的能带电子结构：发现层数的叠加，会使得每一层纳米条带的能带曲线相互交叠分布。层数的叠加，对于半导体性质的结构会减小其能隙的大小，而对于金属性的AGNRs，导致能带曲线在费米能面相交的点数增多。在此基础上，我们又采用递归格林函数方法计算了石墨纳米条带与其对应结构下卷曲而成的单壁碳纳米管的能带电子结构，并用能带理论分析了周期性边界条件对石墨纳米带的影响。
　　最后我们采用递归格林函数方法研究缺陷对锯齿型石墨纳米带的能带电子结构的影响。对于n=7的ZGNRs，我们发现，单空位缺陷并不改变n=7的ZGNRs的金属性质。当缺陷位置位于锯齿型边界处时，费米能面处的能带结构会发生很大的改变。接着我们又对B-H-ZGNRs、π-ZGNRs结构的锯齿型石墨纳米带结构进行研究发现：对于B-H-ZGNRs，结构显现半导体性质，出现能隙，且能隙大小取决于B-H-ZGNRs中所含苯环结构的数目；π-ZGNRs结构依然呈现金属性质。在此基础上，我们又对双桥联结构进行了电子能带结构的计算，发现两个桥体中的碳原子对费米能面处的能带起主要的贡献。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 介观体系中电子输运的研究现状和进展

1.2 碳纳米材料的研究进展概述

1.3 论文研究的主要内容

第二章 介观电子运输理论与主要的计算方法

2.1 介观电子的Landauer-Buttiker理论

2.2 转移矩阵方法

2.3 递归格林函数理论

2.3.1 基于Dyson方程的迭代方法

2.3.2 周期性结构中的布洛赫态的计算

2.3.3 表面格林函数的计算

2.4 G4-DNA晶格结构的电子结构及其电导的计算

第三章 低维纳米碳材料的能带结构

3.1 石墨纳米带的晶格结构与研究成果

3.1.1 石墨纳米条带的晶格结构与分类

3.1.2 石墨纳米条带的研究成果

3.2 石墨纳米结构--选择超原胞结构时的能带折叠现象

3.3 锯齿型边界石墨纳米带的能带结构

3.3.1 单层锯齿型石墨纳米带的能带电子结构

3.3.2 层堆叠对锯齿形石墨烯纳米带能带结构的影响

3.4 扶手型边界石墨纳米条带的能带结构

3.4.1 单层扶手型石墨纳米带的能带结构

3.4.2 A-A堆叠多层扶手型石墨烯纳米带的能带结构

3.5 SWNTs与GNRs的能带结构的对比

3.5.1 锯齿形管(n，0)与N=2n的AGNRs的能带结构对比

3.5.2 扶手型管(n，n)与DD-ZGNRs的能带结构对比

第四章 含缺陷的石墨纳米条带的能带结构

4.1 单空位缺陷的n=7 ZGNRs

4.2 缺陷结构的ZGNRs的能带电子结构

4.2.1 n=7的空位缺陷B-H-ZGNRs的研究

4.2.2 n=7的空位缺陷π-ZGNRs的研究

4.2.3 宽度n=15的方形缺陷ZGNRs的研究

第五章 总结与展望

参考文献

致谢