鋸齒型單壁碳納米管能隙的第一性原理研究.pdf

1、碳納米管被認為是新型納米電子器件的基本結(jié)構(gòu)單元,它的能帶結(jié)構(gòu)是其電學(xué)性能的基礎(chǔ),而能隙值是電子器件的一個重要參數(shù)。因此,碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)和能隙已經(jīng)成為當(dāng)今碳質(zhì)材料和凝聚態(tài)物理研究的前沿和熱點之一。到目前為止,人們已經(jīng)對一些單壁碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)和能隙進行理論計算,并預(yù)言它們的導(dǎo)電性能。但是,一方面,那些結(jié)論大多數(shù)是對孤立的單壁碳納米管而言的,而且跟實驗沒有很好的吻合;另一方面,采用的方法大多數(shù)是緊束縛計算和基于局域密度近似(LDA)的

2、第一性原理計算。本文采用基于密度泛函理論(DFT)和廣義梯度近似(GGA)的第一性原理方法,對鋸齒型單壁碳納米管(7,0)、(8,0)、(9,0)、(12,0)及其相應(yīng)管束的能帶結(jié)構(gòu)和能隙進行理論計算。我們將計算的結(jié)果跟別人的研究結(jié)果進行對比分析,得出如下主要結(jié)論:(1)管束(7,0)、(8,0)、(9,0)和(12,0)的晶格常數(shù)分別為0.96nm,1.02nm,1.12nm,1.34nm。跟Gao GH的理論計算結(jié)果及實驗觀測值很接

3、近,說明我們計算方案是有效可行的。(2)(7,0)、(8,0)、(9,0)和(12,0)各孤立管的能隙分別為0.237eV,0.626eV,0.070eV,0.045eV。對于(9,0)和(12,0)管,簡單的π軌道緊束縛模型認為它們屬于金屬,而我們的計算結(jié)果跟M.Ouyang的實驗觀測結(jié)果都表明,它們是小能隙的半導(dǎo)體。(3)我們對各孤立管能隙的計算結(jié)果跟簡單的布里淵區(qū)折疊法和簡單的π軌道緊束縛模型所推出的結(jié)論有很大的出入,但跟實驗觀測

4、結(jié)果比較接近。經(jīng)過分析,我們認為這是由于本文計算的都是小直徑的碳管,卷曲效應(yīng)比較明顯的緣故。(4)(7,0)、(8,0)、(9,0)和(12,0)各管束的能隙分別為0.194eV,0.559eV,0.059eV,0.034eV。與相應(yīng)的各孤立管相比,能隙都發(fā)生了不同程度的減小。目前尚未見有類似的報道,我們分析認為這是由于管束存在管間相互作用,電子的束縛度減小,改變了原來的能帶結(jié)構(gòu),導(dǎo)致能隙減小。本文的計算結(jié)果,有的已經(jīng)很好的跟實驗數(shù)據(jù)吻