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Haeckelite纳米管以及Graphene分子结输运性质的从头计算理论研究

作　者: 李晔飞
导　师: 李炳瑞
学　校: 兰州大学
专　业: 物理化学
关键词: 输运性质兰州大学碳纳米管连接单元输运系数双硫键毕业论文负阻现象密度泛函结构单元
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

1.Haeckelite纳米管输运性质的从头算理论研究通过第一性原理从头算方法,我们系统地研究了Haeckelite纳米管的电子输运性质。在计算中,分别使Haeckelite纳米管两端与纳米管电极或者金电极相连。对于前者,计算得到的I-V特性曲线出现了非线性以及负阻特性。对于后者,却并没有观察到负阻现象。这种差异是由于在外加偏压的条件下,电极能带的失配所造成的。通过仔细分析本征通道和电极能带之间的对应关系,我们成功地解释了这种现象,并指出当电极的大小减小到纳米尺度时,这种现象是普遍存在的。2.碳纳米管-Graphene分子结的理论研究我们设计了一系列新颖的通过共价连接的碳纳米管-Graphene分子结,包括线型,T型以及H型分子结,并采用密度泛函理论计算研究了它们的电子性质。此外,我们还采用非平衡态Green方程系统地研究了各种分子结的电子输运性质。计算结果显示,通过灵活应用共价连接方案,可以实现许多精细的结构。并且,引入的连接单元除了起到基本的连接功能外,还会带来许多有趣的几何和电子性质。我们得到了以下主要结果:(i)酰胺键属于刚性连接,两端的结构单元不能自由旋转;双硫键属于柔性连接,两端的结构单元可以较容易地旋转。(ii)对于酰胺键连接的分子结,生成能会随着酰胺键数目的增加而迅速上升。而对于双硫键作为连接单元的分子结,生成能随着双硫键的增加而成比例地下降。椅式碳纳米管-Graphene纳米带分子结的生成反应趋向于是放热的,而锯齿碳纳米管-Graphene纳米带分子结的生成反应趋向于是吸热的。(iii)双硫键有比酰胺键更好的导电性,并且连接单元会显著地影响分子结的电子输运性质。(iv)对于T型分子结,电子输运性质主要是由主链决定的,支链的影响是次要的。(v)对于H型分子结,层间的电子输运能力是比较差的。基于H型分子结,可以进一步设计出更复杂的三维网络结构,这种结构可能会成为碳基纳米电子电路的原型。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章文献综述及选题  9-12
  1.1.Haeckelite纳米管  9-10
  1.2.碳纳米管-石墨烯分子结  10-12
第二章理论基础和计算方法  12-21
  2.1.密度泛函理论  12-13
    2.1.1.Kohn-Sham轨道  12
    2.1.2.局域密度近似(LDA)  12
    2.1.3.广义梯度近似(GGA)  12
    2.1.4.混合密度泛函(Hybrid Functional)  12-13
  2.2.计算方法  13-16
    2.2.1.数值原子轨道(NAO)  13-14
    2.2.2.赝势(Pseudopotential)  14-15
    2.2.3.密度泛函(DFT)-非平衡态Green方程(NEGF)  15-16
  2.3.计算软件  16-17
    2.3.1.SIESTA  16
    2.3.2.ATK  16-17
  2.4.计算流程  17-21
    2.4.1.构型优化  19
    2.4.2.分子动力学  19-21
第三章 Haeckelite纳米管输运性质的从头算理论研究  21-31
  3.1.Haeckelite纳米管命名规则  21-22
  3.2.计算模型  22
  3.3.能带结构和态密度  22
  3.4.平衡状态下的输运性质  22-25
  3.5.有限偏压下的输运性质  25-30
  3.6.结论  30-31
第四章碳纳米管-石墨烯分子结的理论研究  31-50
  4.1.石墨烯的命名规则  31
  4.2.分子结的几何性质  31-38
  4.3.生成能  38-41
  4.4.电子输运性质  41-48
    4.4.1.线型金属-金属分子结(J1,J2)  41-43
    4.4.2.线型金属-半导体分子结(J3,J4)  43-44
    4.4.3.T型分子结(J5,J6,J7)  44-46
    4.4.4.H型分子结  46-48
  4.5.结论  48-50
参考文献  50-53
在学期间研究成果  53-54
致谢  54

Haeckelite纳米管以及Graphene分子结输运性质的从头计算理论研究

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