石墨烯納米帶電光性質(zhì)及應(yīng)力調(diào)控研究.pdf

1、石墨烯(碳原子單層或幾層)因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能，自2004年底成功制備以來(lái)，迅速成為凝聚態(tài)物理、材料、化學(xué)、信息和生物技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究熱點(diǎn)之一。石墨烯集碳納米管和分子電子器件的功能于一身，具有許多優(yōu)異而獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在微納電子器件、光電子器件、自旋量子器件以及新型復(fù)合材料方面有著誘人的應(yīng)用前景。準(zhǔn)一維的石墨烯納米帶既能展現(xiàn)量子受限體系的特性，又是基于石墨烯納米器件的基本單元，其物理性質(zhì)更受到特別關(guān)注.本學(xué)位論文工作

2、以石墨烯納米帶(含碳納米管)電光性能及其應(yīng)力調(diào)控研究為主要內(nèi)容。全文共分為五章。
　　 第一章緒論部分，簡(jiǎn)要介紹了碳納米管和石墨烯的發(fā)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)制備，石墨烯中的奇異物理現(xiàn)象和石墨烯及其納米帶在微納電子學(xué)中的潛在應(yīng)用。
　　 第二章，利用非平衡格林函數(shù)方法，研究外加縱向極化高頻電磁場(chǎng)作用下金屬型鋸齒碳納米管的電子輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì).結(jié)果表明，系統(tǒng)電子態(tài)密度敏感依賴(lài)于電子能量以及外場(chǎng)強(qiáng)度和頻率.當(dāng)輻照?qǐng)鲱l率大于碳納米管與電極間

3、的耦合時(shí)，系統(tǒng)電導(dǎo)隨輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)而下降，隨輻照頻率的增加而振蕩上升，并定量探討了體系的光學(xué)介電函數(shù)及電子能量耗散譜。同樣基于非平衡格林函數(shù)技術(shù)，研究了外加電磁場(chǎng)輻照下Λ形單壁碳納米管結(jié)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。研究結(jié)果表明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)透射系數(shù)敏感依賴(lài)于電子能量，而光子輔助透射系數(shù)和電導(dǎo)敏感依賴(lài)于外場(chǎng)強(qiáng)度和頻率。
　　 第三章，在半導(dǎo)體帶間躍遷理論和偶極近似的基礎(chǔ)上，利用線(xiàn)性響應(yīng)理論，我們研究了外加高頻縱向極化電磁場(chǎng)輻照的扶手椅型石墨烯納米

4、帶的光學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)扶手椅型石墨烯納米帶的的電導(dǎo)率實(shí)部、光學(xué)介電函數(shù)以及電子能量耗散譜等輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)對(duì)輻照?qǐng)鲱l率十分敏感，預(yù)計(jì)了石墨烯納米帶一些新的直接帶隙光躍遷。另外，關(guān)于鋸齒型石墨烯納米帶光學(xué)特性的研究表明，由于邊沿態(tài)的存在，其光學(xué)特性比扶手椅型的更豐富.這些現(xiàn)象可能通過(guò)掃描隧道顯微技術(shù)和光譜測(cè)量進(jìn)行觀(guān)測(cè)，其結(jié)果對(duì)基于石墨烯納米光電子器件的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。
　　 第四章，利用緊束縛近似方法，得出了外加非軸向應(yīng)變對(duì)扶手椅型

5、石墨烯納米帶的電子能帶色散關(guān)系近似表達(dá)式，并利用第一性原理Atomistic Toolkit程序包進(jìn)行了交叉驗(yàn)證。即先對(duì)應(yīng)變下的扶手椅型石墨烯納米帶進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，得到優(yōu)化后數(shù)值計(jì)算的色散關(guān)系并與解析結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，外加應(yīng)變能有效地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體型扶手椅石墨烯納米帶的帶隙，并打開(kāi)金屬型扶手椅石墨烯納米帶的帶隙.還計(jì)算得到了應(yīng)變下扶手椅型石墨烯納米帶的電子態(tài)密度和透射譜，半導(dǎo)體型6-和金屬型8-扶手椅石墨烯納米帶的I-V特性曲

6、線(xiàn)及其帶間光學(xué)吸收譜，并給出了對(duì)應(yīng)的光學(xué)吸收頻率和幅度，發(fā)現(xiàn)外加非軸向應(yīng)變能有效地調(diào)節(jié)扶手椅型石墨烯納米帶光學(xué)吸收的頻譜范圍和強(qiáng)度大小.然后，基于相同的軟件，我們還研究了外加非軸向應(yīng)變下6-和8-鋸齒型石墨烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)。研究表明，鋸齒型石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)對(duì)外加應(yīng)變并不敏感，但外加應(yīng)變?nèi)阅苡行У卣{(diào)節(jié)其I-V特性曲線(xiàn)及光學(xué)吸收的頻率和強(qiáng)度，還發(fā)現(xiàn)應(yīng)變作用下8-鋸齒型石墨烯納米帶的負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象，這在納米整流器件