【摘要】：隨著納米電子學(xué)與分子電子學(xué)的飛速發(fā)展,由納米電子器件組成的納米級電路也向著電路體積更小、集成度更高、效率更高的方向發(fā)展,所以對二維納米材料的性質(zhì)特出了更高的要求。由于傳統(tǒng)的硅材料并不能突破“物理極限”,硅材料已經(jīng)不跟滿足電子器件更高的要求。2004年石墨烯被成功制備出來,以其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)引起了凝聚態(tài)物理和計算化學(xué)領(lǐng)域的高度關(guān)注,石墨烯也一度被認為是可以替代傳統(tǒng)硅材料在未來成為制備納米器件的首選材料。但是由于本征石墨烯的帶隙為零,極大的限制了石墨烯在電子器件制備方面的應(yīng)用。近幾年,更多的二維納米材料被發(fā)現(xiàn),并且被成功制備出來,如黑磷。由于實驗組發(fā)現(xiàn)黑磷這種材料在微納器件領(lǐng)域的應(yīng)用存在一個很嚴重的弱點,就是當黑磷同水,氧氣以及光這三種中的兩種共同存在時,會發(fā)生很快的變性。為了彌補這些二維材料在微納器件領(lǐng)域的不足,我們可以想辦法去改造它們。我們最常見的便是沿不同的晶格方向去剪裁二維層狀材料,使其變成一維納米條帶,并具備鋸齒邊緣和扶手椅邊緣,這些在實驗中已經(jīng)有所實現(xiàn)。本文采用解析計算與模擬計算兩種不同的方法對黑磷與石墨烯的一維納米條帶的能帶結(jié)構(gòu)和電子輸運性質(zhì)進行研究。首先,我們從理論上證明了如何施加應(yīng)力來調(diào)節(jié)單層扶手椅型黑磷納米帶和單層鋸齒形黑磷納米帶的電子輸運性質(zhì)。通過研究發(fā)現(xiàn),當施加的應(yīng)力值超過一定的臨界值,電子的輸運通道將會被阻斷。應(yīng)力的臨界值與納米帶的輸運方向、寬度以及電子入射能有關(guān),不同的納米帶輸運方向、寬度以及不同的電子入射能的選取都會有不同的應(yīng)力臨界值。通過調(diào)節(jié)費米能級與應(yīng)力值,電子遂穿通道可以由禁止變?yōu)閷?dǎo)通。然而,通過對鋸齒形黑磷納米帶施加一定的應(yīng)力,雙重簡并的擬平坦邊緣帶會完全劈裂。這些性質(zhì)為我們控制單層黑磷納米帶結(jié)構(gòu)的輸運提供了有效的方法。其次,我們發(fā)現(xiàn)了一種可以周期嵌入四八圓環(huán)到石墨烯納米條帶中,形成一種新型的類石墨烯納米條帶。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)在實驗中制備出來,并且能在掃描隧道顯微鏡下觀測得到明顯的原子結(jié)構(gòu)。這種材料由原本的六元環(huán)和加進去的四八元環(huán)構(gòu)成,這樣我們沿不同的方向剪切會得到很多不同邊界的條帶結(jié)構(gòu)。我們主要探究了三種不同邊緣的條帶結(jié)構(gòu),主要采用了基于密度泛函理論的第一性原理計算,分別探究了這三種不同邊緣條帶的電磁學(xué)性質(zhì),我們發(fā)現(xiàn)鐵磁態(tài)是它們的基態(tài),并會由于邊緣剪裁的不同導(dǎo)致展現(xiàn)出不同的電磁學(xué)性質(zhì),會出現(xiàn)自旋金屬和自旋半導(dǎo)體。通過探究不同元環(huán)的邊界碳原子在不同軌道的投影態(tài)密度,我們發(fā)現(xiàn)了一個很有趣的事情,六元環(huán)未飽和的邊緣碳原子是整個條帶磁性的主要來源,而八元環(huán)未飽和的碳原子是確定費米能級處電子態(tài)的主要因素,它是導(dǎo)致金屬和半導(dǎo)體的主要原因,并且它也決定了費米能級處的自選劈裂。為了進一步探究它的一般性,我們探究了尺度效應(yīng)以及量子限域效應(yīng)對納米條帶的影響,我們計算了三種條帶在不同寬度下的自旋極化率,并且著重探究了其中半導(dǎo)體型的條帶結(jié)構(gòu)隨寬度變化的能帶結(jié)構(gòu)變化,我們發(fā)現(xiàn)在條帶寬度不斷加大時,條帶能帶結(jié)構(gòu)會發(fā)生一個半導(dǎo)體向金屬的轉(zhuǎn)變,這使得我們通過剪裁不同的邊緣以及不同的寬度,就能得到半導(dǎo)體或者金屬以及不同自旋極化率的條帶結(jié)構(gòu),這大大為我們探究碳基材料提供了參考和便利。
【圖文】：

．逡逑圖２．１迭代算法流程圖逡逑Ｓｈａｍ方程的表達式發(fā)現(xiàn)它為特征方程并不能直接求解交換關(guān)聯(lián)過找到交換關(guān)聯(lián)能的近似表達式，對近似表達式來求解本征值［交換關(guān)聯(lián)能泛函表達式才是我們求解的關(guān)鍵問題所在，，如何找

寬度達到較大的取值，在連續(xù)介質(zhì)近似的情況下，黑磷納米帶中的電子輸運情況能更精逡逑準的表達出來。逡逑圖３．１（ａ）顯示單層黑磷的褶皺型原子結(jié)構(gòu)和一些幾何參數(shù)。這些幾何參數(shù)的取值是：逡逑１９逡逑
【學(xué)位授予單位】：長沙理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2702592