本文關(guān)鍵詞：碳納米管異質(zhì)結(jié)的量子輸運(yùn)

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【摘要】：低維碳系材料包括零維的量子點(diǎn),如富勒烯;一維的碳原子單鏈,準(zhǔn)一維的碳納米管、條狀石墨烯帶;二維的石墨烯等。自上個(gè)世紀(jì)80年代開始迅猛發(fā)展,人們對(duì)這類材料的量子輸運(yùn)性能做了大量研究,取得了豐富的成果。低維碳系材料所做成的電子器件其主要工作原理是電子隧穿,其中的碳納米管作為準(zhǔn)一維材料在很多時(shí)候被用來作為信息傳輸?shù)妮d體。由于其空間和結(jié)構(gòu)的限制,電子的輸運(yùn)會(huì)受到影響。例如分子異質(zhì)結(jié)、雜質(zhì)等因素,都會(huì)影響其傳輸性能,從而對(duì)所做成的電子器件性能產(chǎn)生較大影響。研究由這些材料組成的分子異質(zhì)結(jié)對(duì)通過其中的電子輸運(yùn)情況的影響,不但有重要的理論方面價(jià)值,同時(shí)還有重大的實(shí)際應(yīng)用方面價(jià)值。所以我們對(duì)由準(zhǔn)一維碳納米材料組成的分子異質(zhì)結(jié),其量子輸運(yùn)性能進(jìn)行了理論研究。在準(zhǔn)一維材料碳納米管中,電子的運(yùn)動(dòng)并不遵循經(jīng)典粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,由量子力學(xué)規(guī)律決定,運(yùn)動(dòng)具有波粒二象性。量子輸運(yùn)理論符合Landauer-Buttiker理論,Landauer-Buttiker理論也是低維介觀材料中使用范圍最廣的量子輸運(yùn)理論。在本論文第一章中我們介紹了低維納米科技、納米材料的發(fā)展和對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響,列舉了低維納米材料的特性及相關(guān)研究實(shí)驗(yàn),重點(diǎn)介紹了電學(xué)特性,并介紹了研究低維納米材料的理論方法—朗道爾公式。第二章介紹低維碳系納米材料中的準(zhǔn)一維材料發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)應(yīng)用,幾何結(jié)構(gòu)及由它所組成的分子異質(zhì)結(jié)的幾何結(jié)構(gòu),利用石墨能帶折疊法求出準(zhǔn)一維材料的的能帶結(jié)構(gòu)和色散關(guān)系。第三章對(duì)電子的干涉實(shí)驗(yàn)—AB效應(yīng)作了詳細(xì)敘述,介紹了緊束縛近似理論,計(jì)算態(tài)密度和量子電導(dǎo)的格林函數(shù)方法。第四章采用朗道爾公式結(jié)合緊束縛近似格林函數(shù)法對(duì)準(zhǔn)一維碳系材料異質(zhì)結(jié)的量子輸運(yùn)情況進(jìn)行理論研究。得到了一部分創(chuàng)新性的成果。準(zhǔn)一維的碳系納米材料單壁碳納米管由于其螺旋矢量和半徑的不同,表現(xiàn)為金屬型或半導(dǎo)體型,對(duì)于結(jié)合實(shí)際情況所建立的四種單壁碳納米管分子異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)模型:(5,5)/(8,0)(金屬/半導(dǎo)體)、(5,5)/(10,0)(金屬/半導(dǎo)體)、(5,5)/(9,0)A(金屬/金屬)、(5,5)/(9,0)B(金屬/金屬)。利用緊束縛近似格林函數(shù)法對(duì)模型進(jìn)行理論計(jì)算。結(jié)果顯示:異質(zhì)結(jié)所對(duì)應(yīng)的完好碳管(5,5)和(9,0)兩種管型同屬金屬型,局域態(tài)密度在費(fèi)米面處與能量軸平行,且不為零,說明存在金屬能帶;(8,0)和(10,0)兩種管型均為半導(dǎo)體型,局域態(tài)密度在費(fèi)米面附近存在有限大小的能隙;完好碳管的量子電導(dǎo)均呈現(xiàn)臺(tái)階狀,金屬型管費(fèi)米面處量子電導(dǎo)很大,導(dǎo)電效果良好,半導(dǎo)體型管費(fèi)米面兩側(cè)較窄處的電導(dǎo)等于零;金屬/半導(dǎo)體結(jié)的局域態(tài)密度曲線在費(fèi)米面處呈現(xiàn)比較高的峰,表現(xiàn)了有允許導(dǎo)電的量子態(tài),但其量子電導(dǎo)曲線在費(fèi)米面處仍為零,證明了這些許可態(tài)在能隙中的局域性,同時(shí)說明了電子輸運(yùn)至異質(zhì)結(jié)的界面處有大量的衰減;金屬/金屬結(jié)的局域態(tài)密度曲線在費(fèi)米面處要高于所對(duì)應(yīng)的完好碳管,而量子電導(dǎo)曲線則在費(fèi)米面處比所對(duì)應(yīng)的完好碳管低;同時(shí)(5,5)/(9,0)(金屬/金屬)有兩種構(gòu)型,量子電導(dǎo)曲線有很大的差別,幾何結(jié)構(gòu)的改變使其導(dǎo)電性能受到較大影響,構(gòu)型A比構(gòu)型B在費(fèi)米面處有更大的量子電導(dǎo),改變結(jié)構(gòu)即可改變其導(dǎo)電性能,這是我們最感興趣的,電子在分子異質(zhì)結(jié)內(nèi)的輸運(yùn)性質(zhì)對(duì)異質(zhì)結(jié)的連接方式異常敏感。這些理論結(jié)果在碳納米管制作的量子開關(guān)和二極管等方面有重要應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O469

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本文編號(hào)：1283232