幾種復(fù)雜固體光學(xué)性質(zhì)的密度泛函研究及碳納米管模型場發(fā)射研究.pdf

1、本論文內(nèi)容分為兩部分。第一部分是使用基于密度泛函理論的第一性原理方法計算研究了化合物晶體的各向異性光學(xué)性質(zhì)以及Heusler合金晶體的磁光效應(yīng)（AuMnSb和AuMnSn）；另一部分是建立碳管模型，采用經(jīng)典電動力學(xué)方法計算單根和陣列碳納米管的場發(fā)射性能，并且使用靜電場增強絲網(wǎng)印刷法制備并測試了單壁碳納米管薄膜的場發(fā)射性能。
　　 在第一部分中，我們首先研究了高溫超導(dǎo)體MgB?和LaFeAsO的各向異性光學(xué)性質(zhì)?；诿枋龉鈱W(xué)性質(zhì)的

2、理論計算原理和方法，計算了MgB?和LaFeAsO的光電導(dǎo)譜、反射譜以及電子能量損失譜。
　　 對于MgB?，從光電導(dǎo)譜上來看，x方向與z方向有很大差別，而在反射譜與電子能量損失譜中，x方向與z方向的特征峰位置都是相互吻合的。從光導(dǎo)譜來看，沿x方向的第一個帶間吸收峰出現(xiàn)在20000 cm?1處，而沿z方向出現(xiàn)在40000cm?1處?？紤]到溫度效應(yīng)對其光學(xué)性質(zhì)的影響，在計算光學(xué)矩陣元時，加入Lorentz展寬δ=0.10 eV。本

3、文計算結(jié)果和最近實驗結(jié)果取得較好的一致，只有在帶間吸收譜峰位置和實驗之間存在約1000 cm?1(～0.124 eV)的差別?？傮w上計算結(jié)果從定性上和定量上都與最新MgB?各向異性光電導(dǎo)實驗結(jié)果在誤差范圍內(nèi)符合很好。
　　 對于LaFeAsO，從光電導(dǎo)譜上來看，x方向與z方向有著很大差別，而在反射譜與電子能量損失譜中，x方向與z方向的特征峰位置在能量較高處都是相互吻合的。從光導(dǎo)譜來看，沿x方向的第一個帶間吸收峰出現(xiàn)在1.3 eV

4、處，而沿z方向出現(xiàn)在1.5 eV處?？紤]到溫度效應(yīng)對其光學(xué)性質(zhì)的影響，在計算光學(xué)矩陣元時，加入Lorentz展寬δ=0.10 eV。這是首次在LaFeAsO光學(xué)性質(zhì)方面給出的理論計算結(jié)果，對實驗具有很好的指導(dǎo)意義。
　　 作為Heusler合金晶體的AuMnSb和AuMnSn的磁光效應(yīng)無論在實驗上還是在理論上都受到了廣泛的關(guān)注，并且在實驗以及理論的研究中存在著許多不同的觀點。本文中的研究，使用FLAPW方法為AuMnSb和AuM

5、nSn的磁光效應(yīng)在理論計算上提供了較為可靠參考。在恰當?shù)腖orentzian展寬下，例如δ=0.4 eV，AuMnSb的理論計算結(jié)果表明在光子能量為0.6eV，1.0eV和5.3eV處存在著Kerr旋轉(zhuǎn)角的峰值分別為+0.5°，-1.7°和-1.8°。而對于AuMnSn，存在這較多的峰值，分別為0.3eV處的+0.1°，0.7eV處的-0.2°，1.5eV處的+0.2°，2.5eV處的+0.25°，5.3eV處的-0.45°和6eV處的

6、+0.2°。
　　 第二部分，我們首先建立新的碳納米管模型，而后對于碳納米管的單根以及陣列的場發(fā)射性能進行了研究。
　　 根據(jù)單根碳納米管模型模型，我們得到了影響陰陽極板間單根碳納米管頂端的場強變化的不同參數(shù)。并且運用模擬電荷和鏡像電荷導(dǎo)出單根碳納米管尖端場增強因子關(guān)于長徑比的簡單線型公式。利用此模型同時也可得到相應(yīng)的頂端電場分布，其計算結(jié)果表明電場分布并不明顯依賴碳納米管的長徑比。并且碳納米管柱面的場發(fā)射電流微弱，與頂

7、端的場發(fā)射電流相比可以忽略。
　　 在單根碳納米管模型的基礎(chǔ)上，我們建立了碳納米管陣列模型。在模型的內(nèi)部設(shè)立一些虛擬電荷，根據(jù)邊界條件，建立方程組，求出各虛擬電荷電量。在得到各個虛擬電荷電量及位置，根據(jù)場強定義，通過推導(dǎo)得出陣列中碳納米管尖端的場增強因子和頂部場強分布。計算結(jié)果表明，碳納米管尖端的場增強因子隨碳納米管陣列間距的減少而減??；陣列中碳納米管頂部的相對場強分布與單根碳納米管頂部相對場強分布非常相近。最后通過Fowler

8、-Nordheim方程，求出碳納米管陣列最佳場發(fā)射電流的發(fā)射條件，如陣列間距與碳管長度的比值和碳管本省的長徑比。我們的研究表明，隨著碳管長徑比的增加，降低陣列間距與碳管長度的比值，才可以獲得最佳場發(fā)射電流。
　　 本文的最后，我們使用絲網(wǎng)印刷法制備了單壁碳納米管陰極薄膜，經(jīng)過～6KV高壓靜電場處理，組裝成場發(fā)射顯示器，并測試了其場發(fā)射性能。我們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過高壓靜電場處理的單壁碳納米管場發(fā)射陰極的開啟電場和閾值電場分別降低到1.22

9、V/μm和Erh=2.32 V/μm。實驗中采用的單壁碳納米管是由電弧放電法制備。電弧放電制備的單壁碳納米管管徑較直，缺陷較少。使用高壓靜電場作用在絲網(wǎng)印刷的單壁碳納米管薄膜上，由于各個碳管上帶了同性電荷，在同性電荷的排斥作用下，從薄膜中直立起來，露出了尖端，從而獲得更好的場發(fā)射性能。與此同時，我們還發(fā)現(xiàn)高壓靜電場增強方法對于化學(xué)氣相沉積制備的多壁碳納米管沒有明顯作用。我們推斷，可能是由于化學(xué)氣相沉積制備的多壁碳納米管都是彎曲的，并且相