【摘要】：準(zhǔn)一維石墨烯納米帶的寬度和邊緣結(jié)構(gòu)決定了其電子性質(zhì)。通過引入缺陷、雜質(zhì)和吸附原子等方式能夠顯著地改變體系的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)。特別是吸附過渡金屬原子后會(huì)形成不同的幾何構(gòu)型，極大地改變了整個(gè)體系的物理和化學(xué)性質(zhì)。因此，具有過渡金屬團(tuán)簇吸附的石墨烯納米帶成為制造新型自旋電子器件的候選材料。本文利用密度泛函理論系統(tǒng)地研究了不同寬度的扶手椅型石墨烯納米帶(AGNRs)吸附Fen、Con和Nin(n=1-4)團(tuán)簇的幾何結(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)。 本文第一章主要介紹了石墨烯和石墨烯納米帶的發(fā)現(xiàn)、實(shí)驗(yàn)制備方法以及研究現(xiàn)狀，同時(shí)介紹了不同寬度和邊緣結(jié)構(gòu)的石墨烯納米帶的電子特性，最后給出了本文研究的目的和意義。第二章主要簡(jiǎn)單介紹了密度泛函理論和VASP程序包。第三章和第四章詳述了我們的研究結(jié)果。 在第三章中，我們系統(tǒng)地研究了寬度為N=8的扶手椅型石墨烯納米帶上Fen、Con和Nin(n=1-4)團(tuán)簇的吸附行為，分析了體系的幾何構(gòu)型、電子結(jié)構(gòu)和磁性。計(jì)算結(jié)果表明，，F(xiàn)en、Con和Nin/AGNR體系具有很高的穩(wěn)定性和較大的磁矩，并且Fen/AGNR的總磁矩要大于相應(yīng)的Con/AGNR和Nin/AGNR。由于石墨烯納米帶是準(zhǔn)一維的，不同尺寸的Fen、Con和Nin團(tuán)簇更傾向于吸附在石墨烯納米帶的邊界而不是分散在納米帶中間。另外,由于金屬原子和鄰近碳原子之間的相互作用，使得扶手椅型石墨烯納米帶邊界發(fā)生輕微的變形。與AGNR的非磁半導(dǎo)體性質(zhì)不同，在Fen/AGNR中當(dāng)n=1-3時(shí)體系為自旋極化率-100%的半金屬，而Fe4/AGNR則是鐵磁半導(dǎo)體。對(duì)于Con/AGNR，只有單原子的吸附使得扶手椅型石墨烯納米帶轉(zhuǎn)變?yōu)榘虢饘傩裕珻on/AGNR(n=2-4)體系仍為鐵磁半導(dǎo)體。此外Nin/AGNR體系表現(xiàn)出不同于Fen/AGNR和Con/AGNR體系的電子結(jié)構(gòu)，Ni/AGNR基態(tài)結(jié)構(gòu)是非磁的半導(dǎo)體，但Nin/AGNR(n=2-4)則是半金屬。最后，通過改變團(tuán)簇的磁態(tài)，在各個(gè)具有半金屬性的基態(tài)體系中觀測(cè)到顯著的磁電阻效應(yīng)。 考慮到不同寬度的AGNR具有不同的鏡面對(duì)稱性，在第四章中還研究了寬度為N=9的AGNR上吸附Fen、Con和Nin(n=1-4)團(tuán)簇的相關(guān)性質(zhì)。對(duì)于Fen/AGNR，當(dāng)n=1-4時(shí)體系均為自旋極化率-100%的半金屬。對(duì)于Con/AGNR，除了Co3/AGNR體系為鐵磁半導(dǎo)體外，其余均為自旋極化率-100%半金屬。在Nin/AGNR中，Ni/AGNR為非磁的半導(dǎo)體，而Nin/AGNR(n=3、4)為自旋極化率-100%半金屬。更為有趣的是，Ni2/AGNR也是半金屬，但是其自旋極化率為+100%。這些結(jié)果表明，依賴于團(tuán)簇的性質(zhì)，F(xiàn)en、Con和Nin/AGNR具有不同的電學(xué)和磁學(xué)性質(zhì)，可以用作功能化納米器件的構(gòu)建。
【圖文】：

碳的同素異形體[5]

體系考慮了電子從最近鄰電子軌道躍遷到圖 1-3 二維石墨烯的晶體結(jié)構(gòu)及布里淵區(qū)[5]IG 1-3 Lattice structure of graphene and its Brillouin zon
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2527009