氮化硼-石墨烯復合納米體系的電子結構與輸運性質研究.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域展現(xiàn)出巨大的潛在應用前景,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,隨著研究的深入,基于BNC的復合納米結構由于具有獨特的結構、豐富的物理化學性質、自旋極化特性及其電子結構和輸運性質的可控調制特征,也很快引起了人們的關注。本文針對幾種典型的BNC復合納米材料的結構特征、電子

2、結構及其輸運性質進行了系統(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,研究了尺寸效應對鋸齒型BNC復合納米帶中半金屬特性的制約機制。結果表明,所有的兩片段BNC復合納米帶都具有反鐵磁的基態(tài),當納米帶中的固定ZGNR片段包含9條鋸齒型碳鏈時,其電子性質基本上不受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,其電子結構隨著ZGNR片段的增加而出現(xiàn)從半導體-半金屬-金屬的轉變,轉變

3、尺寸依賴于復合界面的類型。
　　2.基于密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)方法,系統(tǒng)研究了兩片段的復合納米管BN20-nCnNTs以及四片段復合納米管BNmCmBNmCmNTs和BNmCmNBmCmNTs(m=3,4,5)的結構穩(wěn)定性、電子結構及電子輸運性質特征。結果表明,兩片段復合納米管BN20-nCnNTs屬于帶隙依賴于組分的窄帶隙半導體;所有四片段的BNmCmBNmCmNTs都屬于半導體,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。進一步的傳輸性質研究表明,兩片段的復合管型并不能帶來電子輸運上的增益,而四片段的復合管型則在費米能級附近帶來很好的增益。金屬型的BN5C5NB5C5NT比半導體型的BN5C5BN5C5NT增益更明顯,在其費米能級出現(xiàn)高達6G0的傳輸平臺。
　　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成的異質結構(BN/C)中的電子輸運性質和可調制微分電阻效應。以(5

5、,5)型碳納米管和氮化硼納米管為基礎構建模型,結果表明,BN/C納米管異質結的傳輸電導和微分電導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)原子鏈構成的復合石墨烯納米帶中的電子輸運性質。結果顯示扶手型的復合納米帶從半導體轉變?yōu)榻饘?而鋸齒型的復合納米帶的電子輸運性質得到了極大的提高,其費米能附近的電子傳輸電導增加到6G0(5G0)。
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