掺杂、吸附碳纳米管体系电子性质的理论研究

摘要

本文通过第一性原理计算的方法研究了不同浓度S掺杂对单壁碳纳米管电子性质的影响。同时研究了不同金属原子吸附碳纳米管的电子性质和磁学性质,探讨了S掺杂戴帽子单壁碳纳米管用于场发射器件的可能性。为实验设计和碳纳米管在纳米器件上的应用提供一定的理论支持。
　　 本文的主要结论和创新点如下:
　　 (1)采用第一性原理计算的方法研究了不同S掺杂浓度掺杂单壁碳纳米管的电子性质。计算结果显示,金属性碳纳米管在一定的S掺杂浓度范围内可被转换成半导体性,而半导体性的碳纳米管在S掺杂后依然为半导体性。这样的结果暗示通过S掺杂制备单一电子性质碳纳米管(半导体性)的可能性。
　　 (2)通过S掺杂可以将金属性的碳纳米管转化成半导体性的纳米管,掺杂浓度不是任意的,需要将掺杂浓度控制在一定范围内。相应的计算结果得到了一些实验数据的支持,同时也为实验提供设计方向和参考。
　　 (3)提出了金属吸附碳纳米管体系电子转移内在机制的理论模型,成功解释了实验结果。在所研究体系首次应用外加电场用于理论计算。
　　 (4)发现了Ti吸附单壁碳纳米管的体系在外加电场作用下,磁性发生改变的奇特现象,为制备新型的存储单元提供一定理论基础。
　　 (5)研究了S掺杂戴帽子单壁碳纳米管应用于场发射器件的可能性,理论计算的结果表明,这种体系不适合用于场发射器件的制备。