碳納米管異質(zhì)結(jié)的量子輸運.pdf

1、低維碳系材料包括零維的量子點，如富勒烯；一維的碳原子單鏈，準一維的碳納米管、條狀石墨烯帶；二維的石墨烯等。自上個世紀80年代開始迅猛發(fā)展，人們對這類材料的量子輸運性能做了大量研究，取得了豐富的成果。
　　低維碳系材料所做成的電子器件其主要工作原理是電子隧穿，其中的碳納米管作為準一維材料在很多時候被用來作為信息傳輸?shù)妮d體。由于其空間和結(jié)構(gòu)的限制，電子的輸運會受到影響。例如分子異質(zhì)結(jié)、雜質(zhì)等因素，都會影響其傳輸性能，從而對所做成的電子

2、器件性能產(chǎn)生較大影響。研究由這些材料組成的分子異質(zhì)結(jié)對通過其中的電子輸運情況的影響，不但有重要的理論方面價值，同時還有重大的實際應(yīng)用方面價值。所以我們對由準一維碳納米材料組成的分子異質(zhì)結(jié)，其量子輸運性能進行了理論研究。
　　在準一維材料碳納米管中，電子的運動并不遵循經(jīng)典粒子的運動規(guī)律，由量子力學(xué)規(guī)律決定，運動具有波粒二象性。量子輸運理論符合Landauer-Buttiker理論，Landauer-Buttiker理論也是低維介觀材

3、料中使用范圍最廣的量子輸運理論。
　　在本論文第一章中我們介紹了低維納米科技、納米材料的發(fā)展和對人類生產(chǎn)生活的影響，列舉了低維納米材料的特性及相關(guān)研究實驗，重點介紹了電學(xué)特性，并介紹了研究低維納米材料的理論方法—朗道爾公式。
　　第二章介紹低維碳系納米材料中的準一維材料發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)應(yīng)用，幾何結(jié)構(gòu)及由它所組成的分子異質(zhì)結(jié)的幾何結(jié)構(gòu)，利用石墨能帶折疊法求出準一維材料的的能帶結(jié)構(gòu)和色散關(guān)系。
　　第三章對電子的干涉實驗—A

4、B效應(yīng)作了詳細敘述，介紹了緊束縛近似理論，計算態(tài)密度和量子電導(dǎo)的格林函數(shù)方法。
　　第四章采用朗道爾公式結(jié)合緊束縛近似格林函數(shù)法對準一維碳系材料異質(zhì)結(jié)的量子輸運情況進行理論研究。得到了一部分創(chuàng)新性的成果。
　　準一維的碳系納米材料單壁碳納米管由于其螺旋矢量和半徑的不同，表現(xiàn)為金屬型或半導(dǎo)體型，對于結(jié)合實際情況所建立的四種單壁碳納米管分子異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)模型：（5，5）/（8，0）（金屬/半導(dǎo)體）、（5，5）/（10，0）（金屬/

5、半導(dǎo)體）、（5，5）/（9，0）A（金屬/金屬）、（5，5）/（9，0）B（金屬/金屬）。利用緊束縛近似格林函數(shù)法對模型進行理論計算。結(jié)果顯示：異質(zhì)結(jié)所對應(yīng)的完好碳管（5，5）和（9，0）兩種管型同屬金屬型，局域態(tài)密度在費米面處與能量軸平行，且不為零，說明存在金屬能帶；（8，0）和（10，0）兩種管型均為半導(dǎo)體型，局域態(tài)密度在費米面附近存在有限大小的能隙；完好碳管的量子電導(dǎo)均呈現(xiàn)臺階狀，金屬型管費米面處量子電導(dǎo)很大，導(dǎo)電效果良好，半導(dǎo)體

6、型管費米面兩側(cè)較窄處的電導(dǎo)等于零；金屬/半導(dǎo)體結(jié)的局域態(tài)密度曲線在費米面處呈現(xiàn)比較高的峰，表現(xiàn)了有允許導(dǎo)電的量子態(tài)，但其量子電導(dǎo)曲線在費米面處仍為零，證明了這些許可態(tài)在能隙中的局域性，同時說明了電子輸運至異質(zhì)結(jié)的界面處有大量的衰減；金屬/金屬結(jié)的局域態(tài)密度曲線在費米面處要高于所對應(yīng)的完好碳管，而量子電導(dǎo)曲線則在費米面處比所對應(yīng)的完好碳管低；同時（5，5）/（9，0）（金屬/金屬）有兩種構(gòu)型，量子電導(dǎo)曲線有很大的差別，幾何結(jié)構(gòu)的改變使其導(dǎo)