碳分子結(jié)構(gòu)器件的電磁輸運性質(zhì).pdf

1、納米材料的量子輸運性質(zhì)是當(dāng)前凝聚態(tài)物理研究的前沿?zé)衢T課題之一。近年來,隨著實驗制備技術(shù)的迅速發(fā)展,碳的同素異形體碳納米管、納米管環(huán)及石墨烯的發(fā)現(xiàn)由于其優(yōu)異的性能引起人們廣泛關(guān)注。這些大的碳分子結(jié)構(gòu)制成器件時,制備條件、電極以及基底等周圍環(huán)境對其輸運性質(zhì)有重要影響,從而也影響其器件的性能。本論文發(fā)展格林函數(shù)方法、重正化群方法及超級胞方法對碳納米管、碳納米管環(huán)及石墨帶的電子輸運性質(zhì)做了系統(tǒng)研究。其目的在于揭示實驗中出現(xiàn)的一些新的物理現(xiàn)象的物

2、理機制,為電子器件小型化提供理論依據(jù)。
　　基于Landauer-Büttiker理論,新發(fā)展格林函數(shù)矩陣分解消元方法,探索了單壁和雙壁碳納米管做電極的外壁無序碳納米管分子器件的電子輸運性質(zhì)。研究結(jié)果表明外壁無序納米管分子器件的平均電導(dǎo)和局域化長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于塊體無序時的值。并且電導(dǎo)隨著無序變化的關(guān)系強烈的依賴于費米能和結(jié)性質(zhì)。在雙壁做電極情況下,電導(dǎo)隨著無序度呈現(xiàn)先減少后增大的非單調(diào)行為。在單壁做電極的情況下,由于無序的引入破壞了電

3、子的相位相干性,在無序度很小時電導(dǎo)出現(xiàn)反常增大行為。
　　利用格林函數(shù)矩陣分解消元法,研究了相干輸運中無序和結(jié)散射對金屬性雙層石墨納米帶(BGNR)及相關(guān)結(jié)構(gòu)電導(dǎo)性質(zhì)的影響。由于層間的耦合作用,鋸齒型雙層石墨帶在費米能處產(chǎn)生一個電導(dǎo)隙。電導(dǎo)的大小與費米能和結(jié)散射性質(zhì)密切相關(guān)。在邊緣無序的BGNR中,電導(dǎo)隨無序的增加而單調(diào)遞減,最終趨向于零,揭示雙層石墨帶存在邊緣局域態(tài)。而單層無序BGNR的電導(dǎo)隨無序的增加先減少后增加?？紤]結(jié)散射時

4、,不管在邊緣無序還是在單層無序BGNR中,類似于雙壁管的結(jié)果,在低無序區(qū),電導(dǎo)都出現(xiàn)了隨無序反常增大行為,歸因為無序的引入破壞了電子波函數(shù)的相位相干性。
　　碳納米管環(huán)結(jié)構(gòu)特殊,性能奇異,影響其性能的因素很多。為了解其內(nèi)在性質(zhì)和特征,基于發(fā)展的超級胞方法,研究了碳納米管環(huán)的電子結(jié)構(gòu)及其持續(xù)電流。探索了卷曲、塞曼能級劈裂、量子尺寸效應(yīng)及外場等因素對單壁碳納米管環(huán)能譜和持續(xù)電流影響。結(jié)果顯示,高度的內(nèi)在卷曲對這種新奇的納米結(jié)構(gòu)的電子結(jié)