应变对稀土掺杂石墨烯微结构和能带结构影响的第一原理研究

摘要

Graphene是目前发现的最理想的稳定的二维体系,其独特的结构使graphene有很多不同于其他碳基材料的性质。Graphene材料在纳米微电子器件、光电子器件、自旋量子器件以及新型复合材料方面有着广泛的应用前景。这使得graphene的一些基本物理问题如输运性质、电子结构、传导机制等的解决变得比较重要。在本论文中,主要利用基于密度泛函理论的第一性原理对外加应力以及稀土元素掺杂graphene后的电子结构变化进行研究。
　　 在graphene的带隙结构进行第一性原理计算中,纯graphene体系,是零带隙半导体。对其施加对称压力时,在一定程度上对电子结构有调制的作用,但需要施加比较大的对称压力。
　　 在Y、La掺杂graphene体系中,graphene的金属性明显增强。外加压力时,在比较小的应变下可以使graphene能带和态密度变化比较大。但在增加到一定程度时,在应力和掺杂的双重诱导下,graphene中出现了起伏的褶皱,此时的赝带隙急剧减小,对电子结构的调控作用更加明显。La掺杂比Y掺杂情况的禁带宽度更窄,对带隙的调控作用更好。

目录

文摘

英文文摘

第一章 引言

1.1 Graphene概况

1.2 Graphene的发现

1.3 Graphene的制备方法

1.4 Graphene独特的物理性质

1.4.1 晶体结构

1.4.2 graphene的力学性质

1.4.3 graphene的磁学性质

1.4.4 graphene的电学性质

1.4.5 graphene的输运特性

第二章 密度泛函理论

2.1 密度泛函理论

2.1.1 Thomas-Fermi(TF)模型

2.1.2.Hohenberg-Kohn定理

2.1.3 Kohn-Sham方程

2.2 交换关联能量泛函

2.2.1 局域密度近似(Local Density Approximation LDA)

2.2.2 广义梯度近似(Generalized Gradient.Approximation GGA)

2.3 赝势方法

2.4 密度泛函计算软件CASTEP简介

第三章 Graphene电子结构的计算

3.1 计算模型和方法

3.2 计算结果和讨论

3.2.1 CASTEP计算结果

3.2.2 紧束缚模型能带的计算

3.2.3 对称压应力对graphene微结构和电子结构的影响

第四章 掺杂、对称应力对Graphene的调制效应

4.1 Y掺杂graphene

4.1.1 计算模型和方法

4.1.2 无应变下Y掺杂graphene

4.1.3 对称应变下Y掺杂Graphene

4.2 La掺杂Graphene

4.1.1 计算模型和方法

4.2.2 无应变下La掺杂Graphene

4.2.3 对称应变下La掺杂Graphene

总结

参考文献

致谢