氫吸附調制石墨烯自旋密度的理論研究.pdf

1、石墨烯(Graphene)是一種新型碳材料，其晶格結構是由碳原子按照六邊形排列而成的單層二維結構。近年來科學家通過對石墨烯的研究發(fā)現(xiàn)其具有許多特殊的優(yōu)良性能，主要包括:1、較高的載流子遷移速率，室溫下石墨烯的載流子遷移率高達2×105cm2/Vs，約為硅材料的100倍;2、較低的電阻率，約為10-8Ω·cm，比銀電阻率(1.65×10-8Ω·cm)還要低;3、優(yōu)異的機械性能，4、高導熱率，能夠達到5300W/mK，是銀導熱率(420W/

2、mK)的12倍。這些優(yōu)良的性能使石墨烯在很多領域（包括電子元器件、傳感器、電容器、太陽能電池等）都有著非常廣闊的應用。但制備無雜質和零缺陷的石墨烯還有一定的困難，大批量投入實際應用尚存在一定的距離。因此，為實現(xiàn)并進一步拓寬石墨烯的應用領域，繼續(xù)優(yōu)化石墨烯的制備工藝已成為亟待解決的難題。
　　石墨烯是零帶隙的半導體，擁有良好的吸附性能，能夠吸附很多種類的原子（如氫原子、氟原子、氧原子等），碳原子與吸附原子的相互作用以及吸附原子帶來的

3、外來電子致使石墨烯打開帶隙并呈現(xiàn)磁性。這種性能使石墨烯應用到自旋電子器件領域成為可能?；诖?，本文采用密度泛函理論第一性原理計算方法，通過石墨烯吸氫產生自旋干涉的現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)石墨烯的自旋密度在“光柵”氫和“探針”氫的作用下形成規(guī)則的干涉條紋。這一規(guī)律可以用作自旋信號發(fā)生器以及自旋存儲器。本論文主要結論如下:
　　1:氫吸附對石墨烯自旋密度的調控。本文通過CASTEP對吸附氫柵的石墨烯進行幾何優(yōu)化發(fā)現(xiàn):
　　(1)吸附氫柵的石墨

4、烯其空間結構發(fā)生了起伏，同時能帶也發(fā)生了變化，帶隙從零變?yōu)?.214 eV。通過分析自旋密度，可知此時石墨烯呈現(xiàn)出鐵磁性質。
　　(2)在氫柵附近吸附一個氫原子（“探針”氫），發(fā)現(xiàn)自旋密度在石墨烯上重新分布，并且在氫柵附近能夠觀察到明顯的自旋干涉條紋。同時“探針”氫的位置能夠調制自旋干涉條紋。
　　2:利用基于密度泛函理論的DFTB+緊束縛計算方法，我們研究石墨烯納米帶(graphene nanorribbon)的電輸運性質