zigzag型石墨烯纳米带输运性质及其边界态研究

摘要

本文主要介绍了zigzag型石墨烯纳米带的电学性质，着重研究了边界态对于其输运性质的影响。全文总共分为三个部分:第一部分介绍了石墨烯和石墨烯纳米带的研究的现状。分为三个章节，第1节简单介绍了石墨烯概况,石墨烯沿着不同的角度切割可以制备得到石墨烯纳米带；第2节介绍了石墨烯的制备，并且对其电子结构，尤其是能带结构进行了计算；第3节采用紧束缚近似对于电子结构进行了研究，石墨烯按照其边界碳原子的排列情况可以分为两类，zigzag型和armchair型,两者之间的电子结构有着显著地不同。此外简单介绍了石墨烯纳米带制备方法。第二部分包括三节，第一节主要介绍了研究纳米体系电子结构的密度泛函原理；第二节介绍了处理分子器件输运性质的方法:非平衡态格林函数方法。第三节简单介绍了基于密度泛函原理和非平衡态格林函数方法的量子计算软件ATK2008.10，可以很好的处理两端体系的输运性质。不仅如此，对于孤立的分子以及周期性的晶体或者是2维周期性结构都可以进行电子结构计算。需要指出的是在处理准一维或者2维周期体系的时候需要留出真空层，因为在处理这种结构的时候，ATK会在没有周期的维度上虚构出一个周期，真空层在这一维度上阻隔着不同周期元胞的相互作用。还有计算中涉及到的物理量给出了计算公式，此外，在对于zigzag型石墨烯纳米带的能带结构和输运性质进行计算优化之后我们得到了最优的计算参数。需要说明的是，在结构优化的过程当中，我们使用了量子化学计算软件Gaussian03。第三部分具体的介绍了我们关于zigzag石墨烯纳米带电子结构以及输运性质的研究情况。在理想石墨烯纳米带的基础上，我们模拟计算了中间碳链吸附氢之后的导电性质，需要指出的是。对于偶数宽度的zigzag石墨烯纳米带，其导电性质发生了显著的转变，有绝缘态转变为导体。经过计算我们发现对于zigzag型石墨烯纳米带，吸附氢链可以显著地提高其导电性质，尤其一是在费米能级附近，在吸附氢的位置处出现了新的边界态分布。