本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 應(yīng)力 密度泛函理論 第一性原理 緊束縛方法　出處：《山東大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：石墨烯作為一種二維材料,具有很高的機械強度,非常高的電導率和熱傳導性以及其它很多非常好的特性,使得其在很多的應(yīng)用方面都具有很大的潛力。自從2004年石墨烯發(fā)現(xiàn)以來,很多理論和實驗方面的科學家對這種材料展開了研究。然而,對于理想的石墨烯,這種由碳原子構(gòu)成的二維蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu),是一種零帶隙的半導體材料,這限制了其在場效應(yīng)管等電子器件方面的應(yīng)用。為了解決這一問題,人們一直在探索調(diào)控石墨烯能帶的方法,其中包括通過構(gòu)建石墨烯納米帶和量子點以及通過構(gòu)建對稱性破缺的雙層石墨烯的方法。此外,通過應(yīng)力修正,理論上可以對石墨烯引入一個可以調(diào)控的帶隙,并能夠在實驗上觀測到。石墨烯的能帶調(diào)控對于解決其在納米電子器件應(yīng)用中所面臨的重大障礙提供了可行的方案。本論文從密度泛函理論出發(fā),對石墨烯引入局部應(yīng)力并通過構(gòu)建褶皺形石墨烯結(jié)構(gòu)研究了三種不同類型的內(nèi)部應(yīng)力對于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的影響,并通過緊束縛方法對計算結(jié)果進行了解釋,主要的研究內(nèi)容和研究結(jié)果如下：(1)對晶格內(nèi)單個原子進行移動。密度泛函理論計算結(jié)果表明對于采取的兩種不同的移動方向,在石墨烯狄拉克點處均產(chǎn)生一個大小為幾十meV的帶隙,且?guī)兜拇笮‰S著原子偏離初始位置的程度逐漸變化。對于所選取的兩種移動方向的對比情況來看,其最終產(chǎn)生的帶隙大小與結(jié)構(gòu)的對稱性有很大關(guān)系。通過緊束縛方法計算結(jié)果表明,這種帶隙的產(chǎn)生主要歸因于結(jié)構(gòu)改變引起的π電子軌道作用能的改變。(2)改變單個六元環(huán)大小。通過改變所選取晶胞內(nèi)單個六元環(huán)形狀,并沒有使石墨烯產(chǎn)生帶隙,結(jié)合緊束縛計算,表明這種結(jié)果的產(chǎn)生是由于在結(jié)構(gòu)改變之后,其仍然保持很高的對稱性,即使對π電子的作用能進行擬合,最終得到的石墨烯能帶仍然是零帶隙的。(3)構(gòu)建褶皺。本文選取兩種不同方向?qū)κ?gòu)建褶皺,DFT計算結(jié)果表明最終帶隙與所選取的褶皺的方向沒有太大關(guān)系：為了研究褶皺程度以及褶皺周期對于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的影響,我們構(gòu)建了不同程度和周期的褶皺,結(jié)果表明其對于石墨烯能帶結(jié)構(gòu)具有較大影響。
[Abstract]:Graphene, as a two-dimensional material, has very high mechanical strength, very high conductivity and heat conductivity, and many other very good properties. It has great potential in many applications. Since the discovery of graphene in 2004, many theoretical and experimental scientists have studied the material. However, for the ideal graphene, This two-dimensional honeycomb lattice of carbon atoms is a zero-band gap semiconductor material, which limits the applications of electronic devices such as field effect tubes. People have been exploring ways to regulate graphene bands, including through the construction of graphene nanobelts and quantum dots, and by building symmetrically broken bilayers of graphene. It is theoretically possible to introduce an adjustable band gap into graphene. It can be observed experimentally that the energy band regulation of graphene provides a feasible scheme for solving the major obstacles to the application of graphene in nanoscale electronic devices. In this paper, we proceed from density functional theory (DFT). The influence of three different types of internal stresses on the graphene band structure was studied by introducing local stress into graphene and by constructing the folded graphene structure. The calculation results were explained by the tight-binding method. The main research contents and results are as follows: 1) the single atom in the lattice is moved. A band gap of tens of meV is produced at the graphene Dirac point, and the band gap changes gradually with the degree of atomic deviation from the initial position. The size of the band gap is related to the symmetry of the structure. The results of the tight-binding method show that, The generation of this band gap is mainly attributed to the change of 蟺 electron orbital interaction energy caused by structural change. (2) changing the size of a single six-member ring. By changing the shape of a single six-member ring in the selected unit cell, no band gap is produced for graphene. Combined with the tight-binding calculation, it is shown that this result is due to the high symmetry after the structural change, even if the action of 蟺 electrons can be fitted. The final graphene energy band is still a zero-band gap. The DFT calculation results show that the final band gap is not related to the selected fold direction: the following two directions are selected: the final band gap is not related to the selected fold direction: in this paper, two different directions are selected to construct the graphene fold. The DFT results show that the final band gap is not related to the selected fold direction. The effects of folding degree and folding period on graphene band structure are studied. We have constructed the folds of different degrees and periods, and the results show that they have great influence on the graphene band structure.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TQ127.11

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