超細碳納米管異質(zhì)結(jié)的電子輸運性質(zhì)研究.pdf

1、當今科技發(fā)展的一個顯著特征是電子器件的微型化，這讓納米電子學成為一門與量子化學、材料科學以及凝聚態(tài)物理學科緊密結(jié)合的科學。超細碳納米管(CNT)因具有直徑小、卷曲效應大而特別受到研究者的關注，是近年來理論和實驗研究的熱點。目前，直徑為0.3nm左右的超細碳納米管是迄今為止實驗發(fā)現(xiàn)的最細碳納米管。從手性來區(qū)分，主要表現(xiàn)為扶手型(2,2)碳納米管(CNT)、鋸齒型(4,0)碳納米管(CNT)，以及螺旋型(3,1)碳納米管(CNT)等。在理論

2、上探討這些碳納米管之間以及它們與類似直徑的半導體氮化硼納米管(BNNT)形成的異質(zhì)結(jié)是全新的物理問題，特別是研究其電子性質(zhì)和構(gòu)成的新型納米異質(zhì)結(jié)的電子輸運性質(zhì)，將有可能推動當前最細納米級異質(zhì)納米器件的發(fā)展，具有非常重要的科學意義。
　　本文基于密度泛函理論的第一性原理計算方法，結(jié)合格林函數(shù)電子輸運計算，研究了超細直徑的(2,2)CNT、(4,0)CNT或它們相互之間構(gòu)成的納米超晶格結(jié)構(gòu)，以及它們與對應直徑的BNNT構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)

3、的微觀結(jié)構(gòu)、電子性質(zhì)、透射譜、I-V特性等。通過計算設計了該類新型納米管異質(zhì)結(jié)并探討了它們的輸運特性，為該類新型納米異質(zhì)結(jié)的可能應用奠定了基礎。發(fā)現(xiàn)的主要成果有：
　　(2,2)CNT和(2,2)BNNT超晶格結(jié)構(gòu)具有負的形成能-3.072eV，表明形成這種結(jié)構(gòu)可能是放熱反應。其能隙是1.37eV，處于半導體材料的能隙之間。把它們耦合在兩半無限長金電極之間，研究其輸運性質(zhì)結(jié)果表明，由于Au電極和納米管形成的復合結(jié)構(gòu)存在強大耦合作用

4、，有效地提高了納米管的輸運性質(zhì)。通過計算(2,2)CNT、(2,2)BNNT、(2,2)CNT/BNNT三種結(jié)構(gòu)用金作電極的I-V特性曲線，結(jié)果顯示它們與大直徑的納米管類似，都呈線性特性，這些結(jié)構(gòu)在量子電路中可以用作納米二極管。(4,0)CNT和(4,0)BNNT超晶格結(jié)構(gòu)的形成能為-5.0827eV，表明這種結(jié)構(gòu)有可能形成。其能隙是0.738eV，是一個窄帶隙的半導體材料。把它們連接在兩半無限長金電極之間，由于復合結(jié)構(gòu)強大耦合作用有效

5、地提高了它們的輸運性質(zhì)。通過計算(4,0)CNT、(4,0)BNNT、(4,0)CNT/BNNT三種結(jié)構(gòu)用金作電極的I-V特性曲線，都呈線性特征。
　　在上述同手性管異質(zhì)結(jié)的研究基礎上，我們還設計了(4,0)CNT或(4,0)BNNT管和(2,2)CNT或(2,2)BNNT管之間的不同手性的納米管超晶格結(jié)構(gòu)。研究了它們的電子結(jié)構(gòu)、透射譜，并計算了I-V特性曲線。發(fā)現(xiàn)無論是同手性的納米管還是不同手性納米管組合而成的異質(zhì)結(jié)復合管在用A