| 题名 | 四种单原子链和石墨烯氟化第一性原理研究 |
| 作者 | 马生凌 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 汤富领 |
| 关键词 | 第一性原理计算 原子链 能带态密度 电荷分布 拉伸压缩 石墨烯 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 原子链与块状物体具有不同的物理性质,其电子输运性质表现出新的量子特性,因此原子链的量子输运特性和应用引起了研究者的广泛关注。人们发现一些非金属原子链的电子传输性质比金属原子链更好,如C、Si。而且不同长度的Si原子链电导表现出奇偶震荡性,为此本文主要讨论和预测了一些非金属原子链电荷分布和力学行为。除了上述原子链纳米材料,现在另一种受人们关注的纳米材料就是二维石墨烯,石墨烯能带中的价带与导带相交在狄拉克点处,这导致石墨烯是典型零带隙纳米材料,这也阻碍了其在纳米电子器件中的实际应用。目前,在石墨烯中引入带隙的方法有很多,吸附原子、掺杂法及施加应力等。本文着重介绍纯石墨烯在氟化、应力作用下的带隙调控。为了进一步研究非金属原子链的电子性质,讨论不同长度碳原子链的电子特性,探究本证石墨烯引入带隙方式,本论文利用第一性原理计算方法系统研究了单原子纳米链和二维氟化石墨烯的电子性质,揭示了单原子链在应力作用下的电荷分布规律和不同氟化程度、单轴应力下石墨烯态密度、能带的变化趋势。主要研究内容和结论如下:1、研究了拉伸和压缩过程中一维线性原子链(C、Si、S和P)的结构演变和原子链电荷分布的变化情况。结果表明:1)C和Si原子链倾向于形成稳定的线性结构,从理论上预测S和P原子可以形成稳定的弯曲链结构;2)在弹性压缩范围时,C和Si的线性原子链具有亚稳过渡态,即存在一个弯曲点,在该点处原子链的结合能突然降低并随着进一步压缩而增加,而S和P原子链并不存在类似的亚稳过渡态;3)拉伸或压缩作用下C、Si、P和S单原子链中的电荷分布不均匀,不同长度碳链的电荷表现出奇偶震荡,力学行为变化对原子链电荷分布的影响较小。2、研究了石墨烯在不同氟化程度下的能带结构和态密度。1)计算了单个氟原子穿过石墨烯碳环的势垒,发现氟原子因穿过碳环的势垒太高(18.92e V)而难以穿过;2)计算了四种不同的石墨烯双面氟化(C:F=1:1)构型(Chair、Zigzag、Boat、Armchair),发现Chair型是最稳定的氟化构型,同时讨论了以Chair形式氟化石墨烯时不同氟化度下的稳定性,发现双面氟化比单面氟化稳定、氟化度越高构型越稳定;3)计算了氟化石墨烯最稳定构型—Chair双面氟化(C:F=1:1)构型在不同应力下的能带结构和态密度变化情况。发现石墨烯按C:F=1:1双面氟化时调制作用更明显,带隙被彻底打开,大小为3.1e V,说明体系为半导体,且费米能附近能带起伏不大,导电性较弱。对其施加对称的单轴应力时,氟化石墨烯价带逐渐向高能方向移动,而导带则向低能方向逐渐移动。在应力和氟原子的共同作用下,全氟化石墨烯(Chair型)构型中的原子起伏度有减弱趋势,此时的石墨烯带隙慢慢增大,应力与氟化同时调控对石墨烯的电子性质有更明显的影响。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 59 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93690]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 马生凌. 四种单原子链和石墨烯氟化第一性原理研究[D]. 2018. |
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