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SiC/C纳米管异质结物理特性的理论研究

作　者: 欧阳洁
导　师: 徐波
学　校: 江西师范大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 一维纳米异质结第一性原理 SiC/C异质结电子结构磁性原子
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近年来，一维纳米材料由于其独特的结构和性质以及在科学中的研究价值，得到了广泛的关注。它们有趣的电、光、磁等特性，使得其在纳米电子学、光电子学、等离子、医学诊断、催化、药物输送、治疗法、分色、和化学传感等很多方面具有广泛的应用。将两种纳米管沿轴向连接所形成的一维纳米管异质结构具有特殊的特性，它能实现单一结构所不能实现的功能，因此有着潜在的应用前景。本文采用基于密度泛函理论平面波赝势方法并结合广义梯度近似方法研究了碳化硅/碳(SiC/C)一维纳米管异质结的相关物理特性，主要包括以下内容：1.研究了锯齿型(n,0)(n=6-10) SiC/C纳米管超晶格(NSLs)。(n,0)(n=7-10)SiC/C NSLs表现为半导体特性并且没有发生自旋极化。然而，(6,0) SiC/C NSLs发生了自旋极化，产生了2.0μB的磁矩，这主要是由于曲率效应所导致的。自旋电荷密度沿轴向方向呈周期性分布，主要位于碳纳米管上，从而形成磁纳米节点。2.研究了由(4,4)碳纳米管和(4,4)碳化硅纳米管形成的异质结的力学和电子结构性质。研究发现，SiC/C纳米管异质结的杨氏模量主要取决于碳化硅纳米管，界面的存在并没有降低异质结的杨氏模量。当沿轴向方向施加的应力达到一定值时，异质结将在结合界面附近断裂，并且形成一个笼状结构的SiC团簇。能带结构显示(4,4) SiC/C是一种具有直接带隙的半导体，并且最高价带和最低导带都来源于碳纳米管。另外，我们还研究了碳纳米管和碳化硅纳米管的长度对异质结电子结构的影响以及估算了纳米管异质结的肖特基势垒。3.研究了(4,4) SiC/C纳米管异质结吸附单个和两个磁性原子(Fe、Co、Ni)的吸附特性。结果显示单个磁性原子倾向于吸附在碳化硅纳米管表面。而对于两个磁性原子，吸附在碳化硅纳米管部分并相互靠近时，体系相对稳定。此外，研究了(4,4) SiC/C纳米管异质结的电子结构和磁性与吸附的磁性原子的种类、位置和数目的关系。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 纳米材料  8-10
  1.2 异质结简介  10-11
  1.3 一维纳米异质结  11-13
    1.3.1 一维纳米异质结的分类  12
    1.3.2 一维纳米异质结的制备  12-13
    1.3.3 一维纳米异质结的应用  13
  1.4 本论文的工作  13-15
第二章理论基础及软件介绍  15-19
  2.1 密度泛函理论  15-17
    2.1.1 Hohenberg-Kohn 定理  15
    2.1.2 Kohn-Sham 方程  15-16
    2.1.3 自恰计算  16
    2.1.4 局域密度近似和广义梯度近似  16-17
  2.2 赝势方法  17
  2.3 平面波展开  17-18
  2.4 VASP 软件简介  18-19
第三章（n,0）SiC/C 纳米管异质结的电子结构和磁性质  19-23
  3.1 引言  19
  3.2 计算方法和模型  19-20
  3.3 计算结果和讨论  20-22
  3.4 结论  22-23
第四章（4,4）SiC/C 纳米管异质结的力学和电子结构性质  23-29
  4.1 引言  23
  4.2 计算方法和模型  23
  4.3 计算结果与讨论  23-28
    4.3.1 力学性质  23-25
    4.3.2 电子结构性质  25-27
    4.3.3 能带偏移  27-28
  4.4 结论  28-29
第五章（4, 4）SiC/C 纳米管异质结磁性原子的吸附特性  29-37
  5.1 引言  29
  5.2 结构模型  29
  5.3 计算结果及讨论  29-35
    5.3.1 单个磁性原子的吸附特性  29-34
    5.3.2 两个磁性原子的吸附特性  34-35
  5.4 结论  35-37
第六章结论与展望  37-39
参考文献  39-43
在读期间公开发表论文（著）及科研情况  43-44
致谢  44

SiC/C纳米管异质结物理特性的理论研究

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