石墨烯納米帶電光性質(zhì)及應(yīng)力調(diào)控研究.pdf

1、石墨烯(碳原子單層或幾層)因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能，自2004年底成功制備以來，迅速成為凝聚態(tài)物理、材料、化學(xué)、信息和生物技術(shù)等學(xué)科領(lǐng)域的交叉研究熱點(diǎn)之一。石墨烯集碳納米管和分子電子器件的功能于一身，具有許多優(yōu)異而獨(dú)特的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在微納電子器件、光電子器件、自旋量子器件以及新型復(fù)合材料方面有著誘人的應(yīng)用前景。準(zhǔn)一維的石墨烯納米帶既能展現(xiàn)量子受限體系的特性，又是基于石墨烯納米器件的基本單元，其物理性質(zhì)更受到特別關(guān)注.本學(xué)位論文工作

2、以石墨烯納米帶(含碳納米管)電光性能及其應(yīng)力調(diào)控研究為主要內(nèi)容。全文共分為五章。
　　 第一章緒論部分，簡要介紹了碳納米管和石墨烯的發(fā)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)制備，石墨烯中的奇異物理現(xiàn)象和石墨烯及其納米帶在微納電子學(xué)中的潛在應(yīng)用。
　　 第二章，利用非平衡格林函數(shù)方法，研究外加縱向極化高頻電磁場作用下金屬型鋸齒碳納米管的電子輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì).結(jié)果表明，系統(tǒng)電子態(tài)密度敏感依賴于電子能量以及外場強(qiáng)度和頻率.當(dāng)輻照場頻率大于碳納米管與電極間

3、的耦合時(shí)，系統(tǒng)電導(dǎo)隨輻照強(qiáng)度的增強(qiáng)而下降，隨輻照頻率的增加而振蕩上升，并定量探討了體系的光學(xué)介電函數(shù)及電子能量耗散譜。同樣基于非平衡格林函數(shù)技術(shù)，研究了外加電磁場輻照下Λ形單壁碳納米管結(jié)的電子輸運(yùn)性質(zhì)。研究結(jié)果表明系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)透射系數(shù)敏感依賴于電子能量，而光子輔助透射系數(shù)和電導(dǎo)敏感依賴于外場強(qiáng)度和頻率。
　　 第三章，在半導(dǎo)體帶間躍遷理論和偶極近似的基礎(chǔ)上，利用線性響應(yīng)理論，我們研究了外加高頻縱向極化電磁場輻照的扶手椅型石墨烯納米

4、帶的光學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)扶手椅型石墨烯納米帶的的電導(dǎo)率實(shí)部、光學(xué)介電函數(shù)以及電子能量耗散譜等輸運(yùn)性質(zhì)和光學(xué)性質(zhì)對輻照場頻率十分敏感，預(yù)計(jì)了石墨烯納米帶一些新的直接帶隙光躍遷。另外，關(guān)于鋸齒型石墨烯納米帶光學(xué)特性的研究表明，由于邊沿態(tài)的存在，其光學(xué)特性比扶手椅型的更豐富.這些現(xiàn)象可能通過掃描隧道顯微技術(shù)和光譜測量進(jìn)行觀測，其結(jié)果對基于石墨烯納米光電子器件的設(shè)計(jì)有參考價(jià)值。
　　 第四章，利用緊束縛近似方法，得出了外加非軸向應(yīng)變對扶手椅型

5、石墨烯納米帶的電子能帶色散關(guān)系近似表達(dá)式，并利用第一性原理Atomistic Toolkit程序包進(jìn)行了交叉驗(yàn)證。即先對應(yīng)變下的扶手椅型石墨烯納米帶進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，得到優(yōu)化后數(shù)值計(jì)算的色散關(guān)系并與解析結(jié)果進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，外加應(yīng)變能有效地調(diào)節(jié)半導(dǎo)體型扶手椅石墨烯納米帶的帶隙，并打開金屬型扶手椅石墨烯納米帶的帶隙.還計(jì)算得到了應(yīng)變下扶手椅型石墨烯納米帶的電子態(tài)密度和透射譜，半導(dǎo)體型6-和金屬型8-扶手椅石墨烯納米帶的I-V特性曲

6、線及其帶間光學(xué)吸收譜，并給出了對應(yīng)的光學(xué)吸收頻率和幅度，發(fā)現(xiàn)外加非軸向應(yīng)變能有效地調(diào)節(jié)扶手椅型石墨烯納米帶光學(xué)吸收的頻譜范圍和強(qiáng)度大小.然后，基于相同的軟件，我們還研究了外加非軸向應(yīng)變下6-和8-鋸齒型石墨烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)、輸運(yùn)性質(zhì)及光學(xué)性質(zhì)。研究表明，鋸齒型石墨烯納米帶的能帶結(jié)構(gòu)對外加應(yīng)變并不敏感，但外加應(yīng)變?nèi)阅苡行У卣{(diào)節(jié)其I-V特性曲線及光學(xué)吸收的頻率和強(qiáng)度，還發(fā)現(xiàn)應(yīng)變作用下8-鋸齒型石墨烯納米帶的負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象，這在納米整流器件