二維碳基分子器件電荷輸運性質(zhì)的理論研究.pdf

1、石墨烯納米帶因其優(yōu)越的電學(xué)性質(zhì)，在分子電子領(lǐng)域具有很好的潛在應(yīng)用，越來越受到廣泛的關(guān)注。本論文采用密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的第一性原理方法研究了摻雜的石墨烯納米帶以及雜化的硼氮/石墨烯納米帶分子器件，通過分析其電子結(jié)構(gòu)和輸運性質(zhì)，討論了雜質(zhì)原子以及石墨烯納米帶雜化對上述體系電學(xué)性質(zhì)的影響。主要內(nèi)容研究如下：
　　以扶手椅形石墨烯納米帶(AGNR)器件作為研究對象，分子器件的一個電極未摻入任何雜質(zhì)，但是另一個電極中的某一碳

2、(C)原子被磷(P)原子取代。計算結(jié)果表明：在AGNR體系中出現(xiàn)了較大整流率的整流行為；而且，如果調(diào)節(jié)石墨烯納米帶的寬度，其整流效應(yīng)也會隨著納米帶寬度的變化而發(fā)生變化。如果我們考慮同一寬度的石墨烯納米帶分子器件，改變雜質(zhì)磷(P)原子在電極中的位置，結(jié)果顯示磷(P)原子的位置對電流電壓曲線影響可以忽略不計。
　　研究了磷(P)摻雜的扶手椅形石墨烯納米分子器件的電子輸運性質(zhì)。針對不同寬度的扶手形石墨烯納米帶分子(AGNR)體系，兩個磷

3、(P)原子分別取代左右電極的中間碳(C)原子。研究結(jié)果表明：摻有磷原子石墨烯納米帶體系在其寬度發(fā)生變化的情況下，能夠?qū)е虏煌碾娮虞斶\特征。分析其電流電壓性質(zhì)，得到這些分子器件均具有負微分電阻效應(yīng)，并且把不同寬度的石墨烯納米帶體系的電子輸運性質(zhì)分為三類(3n，3n+1和3n+2)。我們使用磷摻雜的石墨烯納米帶分子器件，可以成功實現(xiàn)負微分電阻效應(yīng)的方法之一。
　　研究了硼(B)摻雜的扶手椅形石墨烯納米分子器件的電子輸運性質(zhì)。分別選取

4、了寬度W=5到W=13的扶手椅形石墨烯納米結(jié)，使用硼(B)原子取代電極中的某個碳原子，另外一個電極則未摻入任何雜質(zhì)。當石墨烯納米帶的寬度為3n+2時，這些體系表現(xiàn)出金屬性質(zhì)；當石墨烯納米帶的寬度為3n和3n+1時，這些體系表現(xiàn)出半導(dǎo)體性質(zhì)。并且把不同寬度的石墨烯納米帶體系的電子輸運性質(zhì)分為三類(3n，3n+1和3n+2)。并且，寬度W=7的分子器件具有很好的整流效應(yīng)。
　　研究了由鋸齒形硼氮納米帶(ZBNNR)與鋸齒形石墨烯納米帶

5、(ZGNR)組成的雜化體系(Z–BnNmCp，n+m+p=16)的電子結(jié)構(gòu)及其輸運性質(zhì)。結(jié)果表明氮硼納米帶或石墨烯納米帶的寬度對雜化的Z–BnNmCp體系的電子輸運性質(zhì)有著十分重要的影響。當n和m的數(shù)目不相等時，可以觀察了負微分電阻效應(yīng)，并且其負微分電阻可以通過改變硼氮納米帶的寬度而得到有效調(diào)控。當雜化的Z–BnNmCp體系中P為奇數(shù)時，其電導(dǎo)會隨硼氮納米帶的寬度增加而增加。
　　隨著科技的發(fā)展，分子器件的實用將會成為現(xiàn)實。本論文