一维碳纳米材料电子输运的调制.pdf

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1、学校代码10530学号200810020958分类号O469密级硕士学位论文一维碳纳米材料电子输运的调制学位申请人俞之舟指导教师钟建新教授孙立忠教授学院名称材料与光电物理学院学科专业凝聚态物理研究方向计算物理学二〇一一年五月二十六日ModulationoftheTransportPropertiesofOne-dimensionalCarbonBasedNanostructuresCandidateZhizhouYuSupervisorProfessorJianxinZhongandProfessorLiz

2、hongSunCollegeFacultyofMaterial,OptoelectronicsandPhysicsProgramCondensedMatterPhysicsSpecializationComputationalPhysicsDegreeMasterofScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay26,2011湘潭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

3、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：日期：年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。本人授权湘潭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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师

4、签名：日期：年月日摘要一维碳纳米材料独特的电子性质使其在微纳电子学中具有巨大的潜在应用前景。本文通过第一性原理结合非平衡格林函数的方法，研究了应变以及复合结构对碳纳米管以及石墨纳米条带电子输运的调制效应。(1)我们研究了金-碳纳米管复合结对碳纳米管电子输运的调制效应。金-碳纳米管复合结能引入强烈的碳金耦合作用，从而有效提高碳纳米管的电子输运性质。对于SWCNT(5,5)，金-碳纳米管复合接触将使得碳纳米管的电导提高一倍。而对于SWCNT(10,0)，金-碳纳米管复合结降低了金-碳纳米管接触处的肖特基势垒，从

5、而显著降低了碳纳米管的开启电压。同时，具有金-碳纳米管复合结的SWCNT(10,0)表现出负微分电阻效应。(2)我们研究了ZGNRs-ZBNNRs复合纳米条带对ZGNRs(ZBNNRs)电子输运的调制效应。对于ZGNRs，由ZBNNRs替换形成的复合纳米条带使得其费米能级附近的传输系数从1G0提高至3G0。对于ZBNNRs，由ZGNRs替换形成的复合纳米条带使得其费米能级处的传输带隙被2G0的平台所替代。可见，ZGNRs-ZBNNRs复合纳米条带将有效提高ZGNRs(ZBNNRs)的电子输运性质。传输电导的

6、增益来自于复合纳米条带界面处的B(N)原子与C原子的耦合作用在费米能级附近引入两条新的能带。复合纳米条带对本征纳米条带费米能级附近电子输运性质的调制作用几乎不受到替换位置的影响。并且，由于C-B界面为体系提供了额外的输运通道，复合纳米条带在金电极间依然保持对本征纳米条带电子输运性质的增益效应。(3)我们研究了形变对石墨纳米条带电子输运的调制效应。对于ZGNRs，拱型形变对其电子输运性质的影响十分微小，而台阶型的形变则会降低ZGNRs的传输电导。对于AGNRs，拱型形变和台阶型形变都降低了AGNRs的开启电流

7、，其中拱型形变还提高了AGNRs的开启电压。我们的研究还表明ZGNRs在费米能级附近的传输电导几乎不受到轴向应变或者径向应变的影响，依然保持与本征ZGNRs相同的良好输运特征。这是由于ZGNRs的边缘态并不受外加轴向或者径向应变的影响，为体系贡献了良好的弹道输运通道。关键字：碳纳米管；石墨纳米条带；复合结构；应变；密度泛函理论IAbstractOne-dimensionalcarbonbasednanostructuresshowattractivepotentialapplicationsinfuture

8、nanoelectronicsduetotheiruniqueelectronicproperties.Inthisthesis,westudytheeffectofstrainandhybridstructureonthetransportpropertiesofsingle-wallcarbonnanotubesandgraphenenanoribbonsbyusingthefirst-principlesn