氮化硼-石墨烯復(fù)合納米體系的電子結(jié)構(gòu)與輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、隨著石墨烯、石墨烯納米帶、碳納米管、單原子層六角氮化硼薄膜、六角氮化硼納米帶、六角氮化硼納米管的成功制備,這些低維納米材料在微納電子器件領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛在應(yīng)用前景,基于碳(C)及氮化硼(BN)的納米材料很快成為凝聚態(tài)物理的研究熱點(diǎn),隨著研究的深入,基于BNC的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)由于具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、豐富的物理化學(xué)性質(zhì)、自旋極化特性及其電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的可控調(diào)制特征,也很快引起了人們的關(guān)注。本文針對幾種典型的BNC復(fù)合納米材料的結(jié)構(gòu)特征、電子

2、結(jié)構(gòu)及其輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,得到了如下主要研究成果:
　　1.基于密度泛函理論的第一性原理方法,研究了尺寸效應(yīng)對鋸齒型BNC復(fù)合納米帶中半金屬特性的制約機(jī)制。結(jié)果表明,所有的兩片段BNC復(fù)合納米帶都具有反鐵磁的基態(tài),當(dāng)納米帶中的固定ZGNR片段包含9條鋸齒型碳鏈時(shí),其電子性質(zhì)基本上不受ZBNNR片段寬度變化的影響。對于具有固定的9條鋸齒型BN鏈的納米帶,其電子結(jié)構(gòu)隨著ZGNR片段的增加而出現(xiàn)從半導(dǎo)體-半金屬-金屬的轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變

3、尺寸依賴于復(fù)合界面的類型。
　　2.基于密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法,系統(tǒng)研究了兩片段的復(fù)合納米管BN20-nCnNTs以及四片段復(fù)合納米管BNmCmBNmCmNTs和BNmCmNBmCmNTs(m=3,4,5)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)及電子輸運(yùn)性質(zhì)特征。結(jié)果表明,兩片段復(fù)合納米管BN20-nCnNTs屬于帶隙依賴于組分的窄帶隙半導(dǎo)體;所有四片段的BNmCmBNmCmNTs都屬于半導(dǎo)體,帶隙隨著直徑的增長而下降,而所有四片段的B

4、NmCmNBmCmNTs都屬于金屬。進(jìn)一步的傳輸性質(zhì)研究表明,兩片段的復(fù)合管型并不能帶來電子輸運(yùn)上的增益,而四片段的復(fù)合管型則在費(fèi)米能級(jí)附近帶來很好的增益。金屬型的BN5C5NB5C5NT比半導(dǎo)體型的BN5C5BN5C5NT增益更明顯,在其費(fèi)米能級(jí)出現(xiàn)高達(dá)6G0的傳輸平臺(tái)。
　　3.基于密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法,系統(tǒng)研究了由單壁碳納米管和單壁氮化硼納米管構(gòu)成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)(BN/C)中的電子輸運(yùn)性質(zhì)和可調(diào)制微分電阻效應(yīng)。以(5

5、,5)型碳納米管和氮化硼納米管為基礎(chǔ)構(gòu)建模型,結(jié)果表明,BN/C納米管異質(zhì)結(jié)的傳輸電導(dǎo)和微分電導(dǎo)將隨著氮化硼管比例的增加而逐漸下降。
　　4.基于密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法,研究了將石墨烯納米帶中碳原子鏈替換為B(N)原子鏈構(gòu)成的復(fù)合石墨烯納米帶中的電子輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)果顯示扶手型的復(fù)合納米帶從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘?而鋸齒型的復(fù)合納米帶的電子輸運(yùn)性質(zhì)得到了極大的提高,其費(fèi)米能附近的電子傳輸電導(dǎo)增加到6G0(5G0)。
　　5.