碳納米管環(huán)的物理性能.pdf

1、電子器件小型化使得納米材料成為目前凝聚態(tài)物理的前沿?zé)衢T(mén)課題。作為理想的電磁元器件，碳納米管環(huán)引起了人們的特別的注意。本文通過(guò)構(gòu)建合理的模型、發(fā)展一系列有效的方法，較為系統(tǒng)地研究了碳納米管環(huán)的電子結(jié)構(gòu)、電輸運(yùn)特性、磁性質(zhì)及其熱學(xué)性能。 論文包括以下六章： 第一章簡(jiǎn)單介紹了碳納米管環(huán)的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用前景，以及本論文將要解決的一些問(wèn)題。 在第二章中，我們基于單π軌道緊束縛近似，考慮卷曲效應(yīng)，利用波函數(shù)分解的方法研究了扶

2、手型碳納米管環(huán)電子結(jié)構(gòu)與其環(huán)、管半徑間的關(guān)聯(lián)。我們發(fā)現(xiàn)，小半徑管環(huán)的電子結(jié)構(gòu)類(lèi)似于團(tuán)簇（量子點(diǎn)）；而隨著環(huán)半徑的增大，碳納米管環(huán)的能譜便呈現(xiàn)出從離散譜到準(zhǔn)連續(xù)譜間的轉(zhuǎn)變。 在第三章中，我們利用四軌道緊束縛近似，探索了雜化、無(wú)序以及外場(chǎng)（電磁場(chǎng)）對(duì)碳納米管環(huán)電子結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，由于卷曲而導(dǎo)致的雜化對(duì)碳納米管環(huán)的電子結(jié)構(gòu)有著非常重要的影響；對(duì)于不同的螺旋度，能隙隨單胞數(shù)（環(huán)半徑）的變化呈現(xiàn)出不同的振蕩特性。強(qiáng)的無(wú)序度會(huì)使碳納米

3、管環(huán)呈現(xiàn)出半導(dǎo)體－絕緣體相變。最后我們發(fā)現(xiàn)外場(chǎng)能對(duì)碳納米管環(huán)的電子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重要的影響，包括能級(jí)簡(jiǎn)并度的改變、金屬－半導(dǎo)體－金屬的轉(zhuǎn)變等。 在第四章，我們利用緊束縛格林函數(shù)方法研究了碳納米管環(huán)在外加偏壓下的電輸運(yùn)性質(zhì)，探索了電流－電壓特性曲線隨無(wú)序強(qiáng)度，結(jié)（電極－管環(huán)）間耦合強(qiáng)度的變化關(guān)系。我們發(fā)現(xiàn)在較大偏壓下，電子輸運(yùn)呈現(xiàn)出了負(fù)的微分電導(dǎo)；而在小的偏壓下，電流幾乎不受電壓變化的影響。結(jié)論與相關(guān)的實(shí)驗(yàn)符合得較好。 在第五章

4、，我們研究了碳納米管環(huán)在外磁場(chǎng)中的磁矩以及持續(xù)電流與環(huán)半徑、磁感應(yīng)強(qiáng)度、溫度以及無(wú)序度之間的關(guān)聯(lián)。磁矩與磁化率隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化呈現(xiàn)出周期振蕩，振蕩周期近似為環(huán)S B / 0 Φ = Δ，其中0 Φ為磁通量子。磁矩對(duì)溫度、無(wú)序表現(xiàn)異常的敏感。與以前計(jì)算所不同的是，并非所有半徑大小的金屬型碳納米管環(huán)都表現(xiàn)出龐順磁矩。另外管環(huán)中的持續(xù)電流呈現(xiàn)出0 Φ振蕩周期。 在第六章，我們利用分子動(dòng)力學(xué)對(duì)管環(huán)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并初步研究了其熱學(xué)性質(zhì)。