四族元素納米管帶隙的標(biāo)度律：第一性原理研究.pdf

1、最近，通過氣相生長方法，成功地在實驗上合成了由錫元素組成的二維單層材料。這也就意味著，在得到石墨烯之后，通過各種各樣的方法，除鉛元素之外的所有四族元素構(gòu)成的單層材料都在實驗上成功被合成，這些單層材料分別命名為硅烯、鍺烯、錫烯。和石墨烯類似，這些二維單層材料的電子性質(zhì)均表現(xiàn)為無質(zhì)量的狄拉克費米子。因此，這些材料都擁有非常高的載流子遷移率，同樣可以實現(xiàn)二維的量子自旋霍爾效應(yīng)，量子反?；魻栃?yīng)，以及拓?fù)浣^緣體等特性。與之類似地，在成功的合成這

2、些二維單層之后，這些元素構(gòu)成的納米管的性質(zhì)同樣引發(fā)了人們的關(guān)注。
　　實際上，早在石墨烯出現(xiàn)之前，碳納米管就因為其新奇的電子特性以及廣泛的應(yīng)用引發(fā)了人們的關(guān)注。眾所周知，碳納米管的一個有趣的特性是它可以表現(xiàn)出金屬性或半導(dǎo)體性，這取決于碳納米管的手性。對于硅納米管來說，它擁有齒輪狀的結(jié)構(gòu)，或者說褶皺的結(jié)構(gòu)。先前的研究表明，硅納米管的帶隙對納米管的手性與尺寸都非常敏感，armchair型的硅納米管呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，且?guī)峨S著納米管半徑

3、的增加而減小，zigzag型的硅納米管的帶隙同樣出現(xiàn)以3為周期的震蕩。
　　利用基于密度泛函理論的第一性原理計算，系統(tǒng)地研究了四族元素納米管的能帶特征，發(fā)現(xiàn)納米管第一布里淵區(qū)中的兩個特殊點處的帶隙決定了納米管的帶隙，分別對應(yīng)二維結(jié)構(gòu)中的K點與Γ點。K點與Γ點帶隙隨著納米管半徑的變化遵循兩條不同的標(biāo)度律：K點帶隙遵循1/R的標(biāo)度律，該標(biāo)度律出現(xiàn)在擁有褶皺結(jié)構(gòu)的硅、鍺、錫納米管中，非常重要的是，K點帶隙的標(biāo)度律與納米管的組成元素?zé)o關(guān)而