缺陷对石墨烯纳米带金属度的弱化作用

摘要

通过在石墨烯纳米带(graphene nanoribbon,GNR)中引入一对跳跃参数相等的零模(即一对零模态的C–C键)构建金属石墨烯纳米带模型,在金属GNR模型的基础上建立单空位缺陷浓度为1.429%和2.857%的石墨烯纳米带模型,并基于密度泛函理论探究缺陷位置对其金属度的影响.研究表明:零模C–C键引入后,GNR表现出比未引入之前宽得多的金属带,其金属带宽由91.49 meV增加为452.92 meV.在金属GNR中,缺陷所处位置对引入单空位缺陷的难易程度影响较大.在GNR超晶胞中引入一个单空位缺陷时,缺陷对距离较近的零模C–C键产生的影响远强于较远的零模,这导致GNR几何结构对称性被破坏,局域的电荷转移加剧.当缺陷位置接近纳米带边缘时,GNR的电子特性容易发生改变,部分GNR带隙被打开,缺陷模型完成从金属向半导体的转变.在缺陷浓度为2.857%的GNR中,由于缺陷位置的对称设置,GNR在几何构型和电荷转移情况方面保留了其原始对称性,最大程度地保证了两零模间的跳跃幅度,使GNR保持金属性不变.石墨烯纳米带缺陷模型的金属带宽均低于仅引入零模C–C键的GNR模型金属带宽,说明缺陷对GNR的金属度有着不可忽视的削弱作用,不仅容易将原本呈现金属特性的GNR转变为半导体,还弱化了其金属度.