本文關(guān)鍵詞：硅碳烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)及電場效應的理論研究

  更多相關(guān)文章： 硅碳烯 密度泛函理論 第一性原理 電子結(jié)構(gòu) 自旋密度 電場效應

【摘要】：材料是人類文明進步的標志,是科學技術(shù)進步的基礎(chǔ)和先導,而納米材料是當今世界重大科技決策的必然選擇。隨著凝聚態(tài)物理和納米材料領(lǐng)域的重要進展,半導體微結(jié)構(gòu)、高溫超導HTS材料、新型熱電材料與溫差發(fā)電、光子晶體以及其他新材料正在逐漸興起。而其中的硅碳烯納米材料正屬于當前研究的熱點,同時也面臨著巨大的機遇和挑戰(zhàn)。由于其具有優(yōu)異的熱物理性質(zhì),因此便于制備高溫高功率的應用。由于其具有的寬帶隙,因此在研究光學和電學結(jié)構(gòu)方面是個熱門領(lǐng)域。本文的研究采用CASTEP軟件包和模守恒贗勢下的第一性原理計算方法,建設超薄的超胞模型,以密度泛函理論為基礎(chǔ)對硅碳烯納米帶的電場效應能帶結(jié)構(gòu)以及硅碳烯納米帶的色散曲線和聲子振動譜進行了系統(tǒng)的研究。研究的有如下內(nèi)容:首先采用平面波贗勢方法第一性原理對硅碳烯納米帶進行幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化和電子結(jié)構(gòu)計算。研究三種窄鋸齒形硅碳烯納米帶,分別為2ZSi CNR、3ZSiCNR和4ZSiCNR。在計算電子結(jié)構(gòu)時,選擇不同電場強度,分別計算其自旋極化、能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度。具體研究了鋸齒型硅碳烯納米帶的邊緣結(jié)構(gòu)對能帶,特別是費米面附近的導帶和價帶電子的影響,計算了三種不同寬度的硅碳烯納米帶的能帶及費米面附近不同自旋的電子在原胞中的分布情況。結(jié)果顯示寬度對費米面附近不同自旋的電子分布的影響不同,并且考慮2ZSiCNR帶隙寬度隨所加電場增大而減小,3ZSiCNR和4ZSi CNR結(jié)構(gòu)加自旋后在費米面附近發(fā)生自旋退簡并,體現(xiàn)自旋半導體性質(zhì),加正向電場能帶自旋分開發(fā)生劈裂,加反向電場帶隙增大,說明鋸齒形硅碳烯納米帶內(nèi)部存在自建電場。其次,利用密度泛函微擾理論計算出硅碳烯烯納米帶的聲子振動譜和相關(guān)的聲子色散曲線。根據(jù)觀察聲子的色散曲線以及聲子的態(tài)密度,這些特征頻能夠判斷硅碳烯納米帶結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。最后,對本論文的研究工作進行總結(jié)。硅碳烯納米帶內(nèi)部的自建電場會抵消或增強外部電場的影響。硅碳烯帶隙較大,表現(xiàn)為半導體性,而一維硅碳烯納米帶帶隙隨寬度變化,進而產(chǎn)生電場效應。硅碳烯納米帶的這些獨特性質(zhì)可以用于功能器件設計和超級電容的應用。
【關(guān)鍵詞】：硅碳烯 密度泛函理論 第一性原理 電子結(jié)構(gòu) 自旋密度 電場效應
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O469;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 主要符號說明10-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 硅碳烯概述11-13
• 1.1.1 硅碳烯的特性11-12
• 1.1.2 硅碳烯的結(jié)構(gòu)12-13
• 1.2 硅碳烯的制備方法13-17
• 1.2.1 模板生長法13-14
• 1.2.2 化學氣相沉積法14-15
• 1.2.3 電弧放電法15
• 1.2.4 溶膠-凝膠法15-16
• 1.2.5 碳熱還原法16
• 1.2.6 溶劑熱法16-17
• 1.3 碳化硅一維納米材料的性質(zhì)17-19
• 1.4 碳化硅一維納米材料的研究現(xiàn)狀及其應用前景19-21
• 1.5 主要研究內(nèi)容21-23
• 第二章 計算方法23-29
• 2.1 密度泛函理論23-26
• 2.1.1 贗勢方法23
• 2.1.2 第一性原理23-24
• 2.1.3 廣義梯度近似24
• 2.1.4 局域密度近似24
• 2.1.5 Hohenberg-Kohn定理24-25
• 2.1.6 Kohn-Sham方程25-26
• 2.2 計算軟件26-27
• 2.3 計算流程27-29
• 第三章 硅碳烯納米帶的電場效應29-37
• 3.1 引言29
• 3.2 模型和參數(shù)29-31
• 3.3 計算結(jié)果分析31-35
• 3.3.1 2ZSiCNR的電場效應31-32
• 3.3.2 3ZSiCNR的電場效應32-33
• 3.3.3 4ZSiCNR的電場效應33-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第四章 硅碳烯納米帶穩(wěn)定性的理論研究37-43
• 4.1 引言37
• 4.2 計算模型和參數(shù)37-39
• 4.3 計算結(jié)果與分析39-41
• 4.3.1 2ZSiCNR、3 ZSiCNR、4ZSiCNR的聲子振動模式39-41
• 4.4 本章小結(jié)41-43
• 第五章 總結(jié)和展望43-45
• 參考文獻45-51
• 致謝51-53
• 碩士階段科研成果53

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