砷烯納米管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及電子結(jié)構(gòu)的第一性原理研究.pdf

1、自從人們發(fā)現(xiàn)石墨烯、BN、過度金屬硫化物等二維納米材料，由于它們特殊的拓撲結(jié)構(gòu)，同時具有良好的力學、電學等物理特性而受到廣泛的關(guān)注，被廣泛地應(yīng)用在材料、醫(yī)學等領(lǐng)域。2014年以來，人們在實驗上制備出一種新型的二維材料-磷烯，同時也對砷烯和銻烯進行了科學的理論預測，他們都屬于第Ⅴ主族的元素，最外層有五個電子，原子經(jīng)過SP3雜化的方式成鍵，因此具有不同的構(gòu)型。人們發(fā)現(xiàn)磷烯具有黑磷、藍磷等多種同素異形體，砷烯也具有類黑磷和類藍磷兩種構(gòu)型方式。

2、砷烯具有很強的化學穩(wěn)定性、優(yōu)異的力學、電學性能。過去，人們都希望把二維晶體卷曲形成新的納米管結(jié)構(gòu)，而這些新的一維納米管結(jié)構(gòu)也具有比二維的結(jié)構(gòu)更好的物理性能，可以被廣泛地應(yīng)用到各行各業(yè)。因此，考慮到砷烯作為一新型的二維結(jié)構(gòu)，我們對砷烯進行類似于碳納米管的卷曲方式進行卷曲，得到砷烯納米管結(jié)構(gòu)，對其進行科學的理論預測。
　　我們采用了基于密度泛函理論的第一性原理方法，依托VASP和CP2K軟件包，研究了一種新型的一維管狀材料-砷烯納米管

3、。首先對砷烯納米管的結(jié)構(gòu)進行計算模擬，我們得到了可能存在的砷烯納米管的基本結(jié)構(gòu)，分析不同管徑大小的結(jié)構(gòu)信息。然后，依照我們得到的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對他們的電子性質(zhì)和動力學穩(wěn)定性進行研究。我們的研究結(jié)果表明：砷烯納米管是一種具有較大帶隙的半導體，其帶隙大小一般在1.6eV以上。其中，扶手椅型砷烯納米管具有直接帶隙的特點，而鋸齒型砷烯納米管具有間接帶隙的特點。對于管徑小于5.5?的砷烯納米管，其帶隙都隨著半徑的增大而逐漸增大，而管徑大于5.5?的砷

4、烯納米管的帶隙都對著半徑的增大而逐漸減小，并逐漸趨于二維砷烯結(jié)構(gòu)的帶隙值。我們通過對砷烯納米管的應(yīng)力調(diào)控，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力會對砷烯納米管的帶隙有著非常大的影響。對(8,8)和(13,0)納米管進行-9％~9%的應(yīng)力調(diào)控，可以使砷烯納米管的帶隙從1.6eV減小到0.2eV左右，同時也會產(chǎn)生直接帶隙與直接帶隙之間的轉(zhuǎn)化。我們還利用第一性原理分子動力學的方法，對砷烯納米管進行分子動力學模擬。通過對不同管徑大小的砷烯納米管在不同溫度的分子動力學模擬，發(fā)