边界裁剪对石墨烯纳米带电子性质的调控

发布时间：2019-07-05 06:57

【摘要】：石墨烯具有超高的载流子迁移率和超强的力学性能,引起了人们广泛的关注。石墨烯纳米带可以表现半导体行为,为未来纳米电子器件的发展提供了潜在的物质基础。石墨烯纳米带按边界类型一般分为锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)和扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs)。 ZGNRs和AGNRs都具有半导体性,且带隙大小与纳米带宽度成反比。在实际石墨烯纳米带的制备中,不可避免会产生各种各样的边界形貌,边界形貌很大程度上决定着石墨烯纳米带的电子和磁性性质。本文基于第一性原理方法系统研究了边界裁剪对ZGNRs和AGNRs电子及磁性性质的调控机制。研究发现,ZGNRs和AGNRs的电子性质均与边界形貌密切相关。对于ZGNRs,当对其边界进行V型裁剪时,裁剪的密度和深度均会影响ZGNRs的电子性质。裁剪密度越大,带隙越小；裁剪深度越大,带隙越大。并且,我们发现对ZGNRs进行单边裁剪时,体系会出现自旋分离,由此我们提出可通过对单边裁剪的ZGNRs进行N型和P型的掺杂来获得自旋半导体。AGNRs随着裁剪长度的增大,带隙逐渐减小；随着裁剪深度的加深,带隙逐渐增大。ZGNRs和AGNRs的总磁矩与不对称的A,B碳原子数目之差成正比,边界裁剪不仅会改变ZGNRs边界的铁磁性,也会在AGNRs上产生磁性。这些研究结果或为石墨烯在未来电子器件的应用提供有价值的信息。
文内图片：
图片说明：石墨烯的晶格
[Abstract]:Graphene has attracted extensive attention because of its ultra-high carrier mobility and super mechanical properties. Graphene nanoribbons can express semiconductor behavior, which provides a potential material basis for the development of nanoelectronic devices in the future. Graphene nanoribbons are generally divided into zigzag graphene nanoribbons (ZGNRs) and armchair graphene nanoribbons (AGNRs). According to the boundary type. Both ZGNRs and AGNRs are semiconductor, and the band gap is inversely proportional to the width of the nanoband. In the preparation of graphene nanoribbons, it is inevitable to produce a variety of boundary morphologies, which determine the electronic and magnetic properties of graphene nanoribbons to a large extent. In this paper, the regulation mechanism of boundary cutting on the electronic and magnetic properties of ZGNRs and AGNRs is systematically studied based on the first principle method. It is found that the electronic properties of ZGNRs and AGNRs are closely related to the boundary morphology. For ZGNRs, when V-shaped cutting is carried out on its boundary, the density and depth of cutting will affect the electronic properties of ZGNRs. The larger the cutting density is, the smaller the band gap is, and the larger the cutting depth is, the larger the band gap is. Moreover, we find that spin separation occurs when ZGNRs is cut unilaterally, so we propose that spin semiconductors can be obtained by doping unilateral cut ZGNRs with N-type and P-type. With the increase of cutting length, the band gap decreases gradually. With the deepening of cutting depth, the band gap increases gradually. The total magnetic moment of ZGNRS and AGNRs is proportional to the difference of the number of B carbon atoms between ZGNRS and ZGNRS. Boundary cutting will not only change the ferromagnetism of ZGNRs boundary, but also produce magnetism on AGNRs. These results may provide valuable information for the application of graphene in electronic devices in the future.
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O613.71;TB383.1

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本文编号：2510332