石墨烯及其衍生結(jié)構(gòu)光電性質(zhì)的第一性原理研究.pdf

1、自從2004年被成功制備以來，石墨烯由于其優(yōu)異的物理化學性質(zhì)一直是全世界研究的熱點。但二維石墨烯的零帶隙半導體屬性在很大的程度上限制了它的實際應用。為了拓寬石墨烯的應用領(lǐng)域以及讓它可以真正有效應用到將來的納電子器件中，研究者們采取各種方法實現(xiàn)了對石墨烯的改性與調(diào)控，具有諸多新穎性能的石墨烯衍生結(jié)構(gòu)不斷的被制備出來，極大的拓展了石墨烯的應用領(lǐng)域，對綜合開發(fā)利用石墨烯有很重要的意義?；诖?，在本論文中利用密度泛函理論及非平衡格林函數(shù)的方法，

2、研究了兩種重要的石墨烯衍生結(jié)構(gòu)——石墨烯納米帶及石墨烷的摻雜效應、光學性質(zhì)及輸運特性，得到了一些有意義的結(jié)果。本論文的主要內(nèi)容如下：
　　第一章介紹了石墨烯及其典型衍生結(jié)構(gòu)的物理化學性質(zhì)和應用，同時給出了本論文的研究工作概述。
　　第二章介紹了本論文的理論基礎、計算方法及相關(guān)軟件。
　　第三章探討了Fe吸附原子對鋸齒型石墨烯納米帶(ZGNR)的輸運性質(zhì)的調(diào)制效應。計算結(jié)果顯示，ZGNR的輸運性質(zhì)對Fe原子的吸附位置非常

3、敏感。當Fe原子吸附在ZGNR的邊緣時，它對輸運性質(zhì)的調(diào)制最顯著。隨著Fe原子從ZGNR的邊緣處向中心移動，它對輸運性質(zhì)的影響呈遞減的趨勢。另外，還發(fā)現(xiàn)Fe吸附原子對ZGNR的自旋向下通道的影響比自旋向上通道大，因此產(chǎn)生了高的自旋極化率，實現(xiàn)了自旋極化輸運。
　　第四章研究了 Li原子對石墨烯及其衍生結(jié)構(gòu)石墨烷構(gòu)成的石墨烷/石墨烯聯(lián)合體系的摻雜效應。構(gòu)建的體系是在四層石墨烯上面放置(1～4)層的石墨烷。利用Bader程序分析了體系

4、的電荷分布，發(fā)現(xiàn)Li原子提供的絕大部分的轉(zhuǎn)移電荷都分布在最上面的石墨烷層中，內(nèi)部的石墨烯片層幾乎接收不到轉(zhuǎn)移電荷。這表明石墨烷層是可以屏蔽外部電荷的，這和經(jīng)典的靜電屏蔽效應是吻合的。并且，這種現(xiàn)象并不隨著石墨烷層數(shù)的增加而變化。進一步的機理分析闡明：聯(lián)合體系的層間靜電相互作用和最上面石墨烷層中的近自由電子態(tài)在該體系的電荷分布中扮演了很重要的角色。
　　第五章分別對石墨烷納米帶的光學性質(zhì)和輸運性質(zhì)進行了研究。在光學性質(zhì)方面，發(fā)現(xiàn)鋸齒

5、型和扶手型石墨烷納米帶的介電函數(shù)虛部譜線和石墨烷本身的非常相似，它們都呈現(xiàn)出光學各向異性。并且石墨烷納米帶的光學性質(zhì)還不依賴于納米帶的寬度及邊緣特點。這種性質(zhì)主要歸結(jié)于所有石墨烷納米帶中的碳原子均是 sp3成鍵，能態(tài)結(jié)構(gòu)的軌道貢獻都非常相似，因此滿足相同的光學躍遷定則，呈現(xiàn)出相似的光學性質(zhì)。這種光學性質(zhì)的特殊共性使在實際應用中不需要制備特定寬度和邊界形狀的石墨烷納米帶。
　　在輸運性質(zhì)方面，構(gòu)建的是以石墨烷納米帶為中間勢壘層的磁性

6、隧道結(jié)。通過計算磁性隧道結(jié)在平行結(jié)構(gòu)和反平行結(jié)構(gòu)下的電流電壓曲線，發(fā)現(xiàn)電流在不同結(jié)構(gòu)時對偏壓的響應是不一樣的：在平行結(jié)構(gòu)時，電流隨著偏壓的增加先增大后減小，出現(xiàn)了負微分電阻現(xiàn)象；而在反平行結(jié)構(gòu)時，電流則隨著偏壓的增加而逐漸增大。這兩種結(jié)構(gòu)下的不同電流——電壓響應導致產(chǎn)生了高達7700％的隧穿磁電阻，并且還出現(xiàn)了正負磁電阻的反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。通過分析不同偏壓下的透射譜，闡明了這種現(xiàn)象產(chǎn)生的物理機制。
　　第六章對本論文的工作進行了總結(jié)以及對