石墨烯應(yīng)變物理學(xué)的一些理論研究.pdf

1、2004年發(fā)現(xiàn)的單層石墨（也叫石墨烯）以及石墨烯納米帶具有許多奇特的物理性質(zhì)。這引起了實驗物理學(xué)家和理論物理學(xué)家的廣泛關(guān)注。同時，物理學(xué)家們也一直試圖通過摻雜、缺陷、吸附、門電壓、邊界修飾、應(yīng)變等對納米帶的電子結(jié)構(gòu)和輸運性質(zhì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便尋找新型的物理現(xiàn)象或具有應(yīng)用前景的物理性質(zhì)。此外，石墨烯還是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最為抗應(yīng)力的材料，它的高機械強度在納米機電系統(tǒng)和納米感應(yīng)器中被認(rèn)為會得到廣泛的應(yīng)用。另一方面，石墨烯在納米器件的應(yīng)用中不可避免地

2、會受到強的拉應(yīng)力和壓力。那么在各種應(yīng)變條件下石墨烯物理性質(zhì)的研究必然是具有重要科學(xué)和應(yīng)用價值的。
　　 本論文首先介紹了石墨烯的發(fā)現(xiàn)、制備、和它新奇的電學(xué)性質(zhì)。緊接著系統(tǒng)地闡述了格林函數(shù)的量子輸運理論。在此基礎(chǔ)上我們詳細(xì)報道了碩士期間完成的研究工作。論文的研究工作主要包括以下兩部分。
　　 （一）運用緊束縛模型（只考慮最近鄰電子跳躍能）研究了理想石墨烯及其納米帶的能帶結(jié)構(gòu)，以及應(yīng)變下石墨烯及其納米帶帶隙的變化，和對邊界態(tài)

3、的影響。研究結(jié)果表明，(a)僅存在單軸應(yīng)變時，應(yīng)變要超過30％石墨烯的能帶才會出現(xiàn)帶隙。雙軸應(yīng)變的情況下，如果沿鋸齒鏈方向為拉伸應(yīng)變而扶手椅方向為壓縮應(yīng)變的情況下，應(yīng)變在20％以內(nèi)，有可能使能帶出現(xiàn)帶隙。(b)對于鋸齒型石墨烯納米帶，無論哪個方向的應(yīng)變都不能使其出現(xiàn)帶隙，仍然存在邊界態(tài)。但是邊界態(tài)會受到應(yīng)變的影響。(c)對于扶手椅型石墨烯納米帶，橫向或縱向的應(yīng)變，都可以使三種類型的扶手椅納米帶實現(xiàn)金屬-半導(dǎo)體-金屬轉(zhuǎn)變。但是相同方向的拉

4、伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變表現(xiàn)出了非對稱性，并且不同方向的拉伸應(yīng)變和壓縮應(yīng)變也表現(xiàn)出非對稱性。
　　 （二）系統(tǒng)地研究了不同方向的單軸應(yīng)變對鋸齒型和金屬性扶手椅型納米帶量子電導(dǎo)譜的影響。對于鋸齒型納米帶，沿橫向方向的拉伸（壓縮）應(yīng)變或沿縱向方向的壓縮（拉伸）應(yīng)變在高能區(qū)會增大（減?。╇妼?dǎo)。總的來說橫向應(yīng)變對電導(dǎo)的調(diào)制作用比縱向的明顯。有意思的是，橫向壓縮應(yīng)變會使電導(dǎo)譜中出現(xiàn)電導(dǎo)谷且電導(dǎo)谷隨著壓縮應(yīng)變的增大向低能方向移動。對于金屬性扶手椅納