單壁碳納米管電離能及碳原子吸附能與磁矩的量子計(jì)算.pdf

1、碳納米管是一種新型的納米尺寸材料。其結(jié)構(gòu)類似于石墨烯片層卷成的無(wú)縫、中空管，并具有很大的長(zhǎng)度與直徑比，可以看成是準(zhǔn)一維的納米材料。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和電子特性，使得它在納米電子學(xué)、材料學(xué)等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 自1991年發(fā)現(xiàn)碳納米管以來(lái)，已有很多人研究碳管的結(jié)構(gòu)缺陷及其對(duì)碳管電磁特性的影響。碳管中常見(jiàn)的一種缺陷是碳管表面空位一吸附原子對(duì)，因此研究這種缺陷對(duì)物理表面和電子結(jié)構(gòu)的影響尤為重要。P.0.Lehtinen等人曾研

2、究過(guò)石墨片、碳納米管表面上吸附碳原子時(shí)吸附能與磁矩隨吸附原子位置的變化關(guān)系，但他們的研究只考慮了特殊的扶手型和鋸齒型碳納米管，對(duì)更加普遍的手性碳管表面含吸附原子的情況則沒(méi)有涉及。本文利用基于密度泛函理論(DFT)的第一性原理計(jì)算方法計(jì)算了具有手性的一些碳納米管的吸附能和磁矩。結(jié)果表明手性碳管表面垂直位置上吸附碳原子的最低能量位置并不是處于鍵橋的正中心，而是稍有偏離。但在平行位置上卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種偏離。在垂直于納米管軸位置的碳原子吸附能大于

3、平行位置處的碳原子吸附能。吸附能隨碳管半徑的增加而減小。在磁矩方面，吸附原子具有磁矩，但是磁矩的大小與碳管的結(jié)構(gòu)及吸附位置密切相關(guān)。半徑不同而手性相同的碳管，其各種電磁學(xué)性質(zhì)主要在碳管徑向上發(fā)生變化，而在軸向上則并不發(fā)生明顯變化。最后，我們研究了碳納米管的電離能，發(fā)現(xiàn)適用于堿金屬和貴重金屬原子團(tuán)簇的經(jīng)典傳導(dǎo)液滴模型導(dǎo)出的電離能公式I<,p>=W+αR/e<'2>并不適合碳納米管。碳管電離能大小隨碳管半徑增加有振蕩特性，并在總體趨勢(shì)上從石