含缺陷和掺杂石墨烯纳米带电子学和光学性能研究

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1、学校代号:10532学号：T07071002密级：湖南大学博士学位论文含缺陷和掺杂石墨烯纳米带电子学和光学性能研究学位申请人姓名:王志勇导师姓名及职称:胡裁芳教授培养单位:物理与微电子科学学院专业名称:凝聚态物理论文提交日期:2010年9月29H论文答辩日期:2010年12月2日InvestigationsofdefectandimpurityeffectsontheelectronicandopticalPropertiesofGraphenenanoribbonsbyWANGZhiyongB.S.(

2、HengyangNormalUniversity)2005AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofScienceinPhysicsintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorHUHuifangDecember2010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。

3、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：壬忽谚日期：2眺年2月/日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

4、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、不保密口。（请在以上相应方框内打叫”）作者签名：王导师签名:如於才日期以M年U月/日日期：2恥年e月/日最近几十年以来，研究者们在硅基电子器件取得了巨大成就并被广泛地应用到了计算机及其他应用领域中，在很多方面表明了电子器件的小型化是其发展的显著特点。实际上，我们是通过硅基晶体管持续的小型化得到更高度集成、功耗更低和更快的电路。现在，我们面对的挑战是器件小型化方法将达到科学和技术的极限。当前急切需要去寻找和开发替代的设备技术。由于碳基纳米

5、材料，特别是准一维的石墨烯纳米带具有出色的电子学性能，因此，研究者认为石墨烯纳米带是制造下一代电子器件的理想候选材料。随着高性能计算能力的不断提高和计算中算法的不断改进，使得我们有可能利用基于第一性原理的计算模拟去了解材料中的电子结构并研究电子器件工程问题。尤为重要的是计算模拟己经成为理论上研究纳米电子学的重要手段。本文利用基于密度泛函理论的第一性原理，对石墨纳米带的取代掺杂、拓扑缺陷、空位缺陷及其复合型缺陷对电子结构和光学性能的影响进行了系统的研究,此外我们还讨论了有机分子吸附在石墨纳米带上，对其电子

6、学性能的影响。研究结果对基于石墨烯纳米带的电子器件的实际制备和开发具有重要意义。在石墨烯纳米带中引入Stone-Wales(SW)缺陷，研究发现，对称SW缺陷引起石墨烯平面内的晶格扭曲。由于七元环具有负曲率而五元环具有正曲率，两种SW缺陷的引入引起了石墨烯纳米带电荷的重新分布。引入SW缺陷后的石墨烯纳米带的吸收和反射谱也发生了明显的红移。含对称SW缺陷的石墨烯纳米带的第一吸收峰的峰值分别是理想和含非对称SW缺陷的石蚤烯纳米带第一吸收峰峰值的两倍，且含对称SW缺陷的石墨烯纳米带的第一反射峰的峰值比理想和含

7、非对称SW缺陷的石墨烯纳米带的第一反射峰的峰值大一个数量级，分析认为与含对称SW缺陷石墨烯纳米带出现的折皱构型有关。计入自旋的计算结果表明，非对称SW缺陷彩响了不同自旋方向的态密度分布，在相同能量处出现了非对称分布，分析认为是非对称SW缺陷的引入破坏了石墨烯纳米带的对称性。了垂直石墨烯纳米带平面方向局部范内的扭曲，而非对称SW缺陷只是导致了本文系统地模拟了石墨烯纳米带中杂质原子和空位或者SW缺陷共存的复合情况。对于硼(氮)空位复合缺陷位于边缘的锯齿型石墨烯纳米带，这些复合缺陷很明显地改变了石墨烯纳米带的

8、电子学和光学性能。根据对这些复合结构的能带分析可得，复合缺陷的存在没有改变石墨烯纳米带的金属特性。研究硼空位复合缺陷位于石墨烯纳米带边缘上的结构发现，第一吸收峰与只含有空位的石墨烯纳米带结构相比都出现了蓝移现象。而对于一个氮原子掺杂在石墨烯纳米带边缘的空位上的结构，掺杂氮原子位于边缘的石墨烯纳米带结构与只含有空位的石墨烯纳米带结构的第一吸收峰相比，发生了红移现象，而其他的氮原子掺杂复合缺陷结构的第一吸收峰都发生了蓝移现象。研究了硼（氮，硅）