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对含有拓扑缺陷碳纳米管电学性能的研究

作　者: 张丽芳
导　师: 胡慧芳
学　校: 中南大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 碳纳米管拓扑缺陷异质结电子-电子关联电荷密度电子态密度
分类号: TB383
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

碳纳米管是在1991年日本S．Iijima首次发现的。作为一种新的准一维纳米材料，由于其独特的结构和奇特的物理，化学和力学特性以及潜在的应用前景，尤其是利用它的电学性能在研制和开发纳米器件中发挥重要的作用，十几年来倍受人们的关注，因此成为国际纳米材料研究领域的前沿课题。通过大量的实验发现，在制备碳纳米管的过程中会有拓扑缺陷(5／7)产生，从而可形成各种‘结’，本文旨在研究含有拓扑缺陷对碳纳米管的电学性能。本文首先在紧束缚模型的基础上，利用扩展的Su-Schriffer-Heeger(SSH)模型，在实空间研究了在完整的“zigzag”碳纳米管中引入不同分布不同排列的五边形-七边形拓扑缺陷对(5／7)所形成的各种‘结’的电学性能。计算了在碳纳米管中分别引入5／7，5／6／7，5／6／6／7拓扑缺陷所构成的(9，0)-(8，0)，(9，0)-(7，0)和(9，0)-(6，0)三种系统和沿周长方向并排引入两个五边形-七边形拓扑缺陷对所形成(9，0)-(9，0)，(8，0)-(8，0)系统的电子结构和电子态密度。在此基础上，计入系统的库仑相互作用，并对电子关联相互作用采用了Hartree—Fork自洽场近似下，研究了电子关联对碳纳米管电学性能的影响。另外，在波矢空间，我们计算了在考虑次近邻电子跃迁作用下，理想锯齿型碳纳米管(9，0)和(10，0)电子结构及电子态密度。研究表明，这些五边形和七边形拓扑缺陷不仅改变碳管的直径，支配费米能级附近的电学行为，而且随着拓扑缺陷在碳管中分布和排列方式的不同，碳管电学性能也明显不同。因此，可以研制出基于这些‘结’的不同的电子器件基元。电子-电子相互作用使得能带结构整体向能量高的方向移动，随着电子-电子相互作用强度U、V的增大，能带宽度逐渐拓宽，而能隙的变化大小取决于u、V的取值范围；另外，计入U、V使得电荷密度发生了重新分布，而且在缺陷及其周围格点上出现了束缚电荷；费米能级向能量升高的方向移动，并且在新的费米能级点出现了电子局域态。最后，在波矢空间，研究了次近邻电子跃迁对理想锯齿型碳纳米管(9，0)和(10，0)电子结构影响，结果表明，次近邻电子跃迁使得总的能带宽度加宽，但是各能带的简并度不变，特别是金属型碳管(9，0)出现了能隙；根据参数t的不同，碳管(9，0)和(10，0)的能隙呈现不同的变化趋势。这些现象说明，拓扑缺陷，电子-电子相互作中南大学硕士学位论文摘要用，次近邻电子跃迁对碳纳米管的电学性能具有重要的作用。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-20
  1.1 引言  8-9
  1.2 碳纳米管的结构和性质  9-13
  1.3 碳纳米管的制备  13-14
  1.4 碳纳米管的应用前景  14-18
  1.5 本文的工作目的  18-20
第二章含有五边形-七边形拓扑缺陷对的碳纳米管的电学性能  20-33
  2.1 SSH哈密顿模型  20-23
  2.2 含有拓扑缺陷的碳纳米管的电学性能  23-31
    2.2.1 理论模型与计算方法  23-25
    2.2.2 结果分析与讨论  25-31
  2.3 总结  31-33
第三章碳纳米管中库仑作用对其电学性能的影响  33-42
  3.1 理论模型与计算方法  33-34
  3.2 结果讨论与分析  34-41
  3.3 总结  41-42
第四章次近邻电子跳跃对理想锯齿型碳纳米管电学性能的影响  42-54
  4.1 理论模型与计算方法  42-44
  4.2 计算结果  44-53
  4.3 总结  53-54
第五章总结与展望  54-57
  5.1 本文的主要工作和结论  54-55
  5.2 有待进一步开展的研究工作  55-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
攻读硕士期间主要的研究成果  63

对含有拓扑缺陷碳纳米管电学性能的研究

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