裁剪和掺杂石墨烯纳米带电子输运性能研究

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1、学校代号：10532学号：S11072020密级：不保密湖南大学硕士学位论文裁剪和掺杂石墨烯纳米带电子输运性能研究堂僮宴请厶丝刍；王瞳住昱咂丝名壁驱整；胡董羞麴援埴羞望焦!翅堡皇邀电王型堂堂暄童些名．叠；．．物理堂诠窒握童旦期12Q!垒生三旦!Q目诠塞鳖鲞旦塑；2Q!垒生§旦．22旦簦趱委虽金圭匿；胡望室熬握InvestigationsofelectronicandtransportpropertiesofcuttinganddopinggraphenenanoribbonsByWANGXiaoweiB．S．(ShanxiDatongUniver

2、sity)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofScience1nPhysicsGrraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUHuiFangMay，2014湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡

3、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：孑黼日期：弘H年，月z泊学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密口，在年解密后适用本授权书。2、不保密囤。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：刁!怖导师签名：硼磐多日期：功f争年5／月

4、力《日日期：1，，‘9年r月zg日裁剪和掺杂石墨烯纳米带电子输运性能研究摘要进入二十一世纪以来，对于纳米电子器件的研究进入了一个新的发展阶段，随着石墨烯的发现和成功制备，石墨烯纳米结构在纳米电子器件方面的应用被认为有着广阔的前途。由于石墨烯相对其他碳基纳米材料具有更为出色的电子学性能，所以石墨烯基的电子器件很有可能替代以前硅基电子器件，对提高电子器件的各项性能，继续缩小电子器件的尺寸具有重要的意义。研究者们认为石墨烯纳米结构是下一代电子器件的理想材料，所以石墨烯纳米结构是近来人们研究的重要热点之一。同时，现在计算机的计算能力不断提高，理论计算方法

5、的不断改进，使的我们可以利用第一眭原理模拟计算纳米材料的电子结构并研究电子器件的各种性能。因此本文利用第一性原理计算软件模拟计算石墨烯纳米带缺陷和掺杂结构的电子结构和输运性能。本文基于密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，研究了边缘规则裁剪对Zigzag石墨烯纳米带电子及输运性能的影响。并且在裁剪结构基础上引入B、N原子替代掺杂，研究掺杂结构的输运性能，本文还选取锰原子替代掺杂石墨烯纳米带，研究在不同位置替代掺杂锰原子对石墨烯纳米带的电磁学性能的影响。对石墨烯纳米带进行边缘裁剪的电子输运性能研究，结果发现，边缘规则裁剪后的体系的能带结构与理想石墨纳

6、米带相比，打开了较大的能隙。所以可以通过对理想石墨纳米带边缘的规则裁剪来调控体系的能隙，从而达到石墨纳米带在金属与半导体之间的转化。接着对裁剪石墨纳米带器件的输运性能深入研究，计算了体系在不同偏压下的电流电压曲线，以及不同偏压下的输运谱。结果表明，在一定偏压范围内，体系电流均被抑制，电流一直处于低位，当偏压大于1．5V之后电流开始迅速增大并满足线性关系。这是由于随着偏压增大分子前线轨道进入偏压窗口内。从这些结果可以看出，通过对石墨烯纳米带边缘进行不同形式裁剪，可以达到对其电子结构以及输运性能进行调控的目的，该工作为将来利用石墨烯边缘裁剪结构构建纳

7、米晶体管以及其它具有特殊性能的纳米电子器件提供理论基础。在边缘裁剪的基础上我们又对裁剪结构中进行了原子取代掺杂，进而研究了掺杂对裁剪结构的输运性能影响，在裁剪结构中问引入两个异原子替代两个碳原子，分别计算了双N替代，双B替代，以及BN混合替代掺杂结构的电子输运性能，II硕上学位论文结果发现，双N取代掺杂的时候电子输运性能只发生了有限的变化，和掺杂之前相比，电流电压变化基本趋势一样。然而进行双B原子掺杂之后发现，输运性能发生了很大的变化，电流变化趋势相比复杂了很多，在底片呀范围内出现了比之前都明显的负微分电导效应，偏压继续增大，电流出现非线性的振荡

8、趋势，最后进行BN掺杂时计算发现电流电压变化不是很明显，和没掺杂基本一致。在石墨烯纳米带中引入锰原子，研究锰原予单空位掺杂锯齿型石墨烯纳