功能导向的石墨烯量子点结构设计

发布时间：2021-05-11 12:29

　　石墨烯量子点结构多样,性能丰富,在纳米器件领域具有较大的潜在应用。由于可能的结构数目过多,对石墨烯量子点结构和性能的系统研究仍然是一个挑战。本文提出了一个有效的解决方案,包括结构识别、能隙评估模型以及蒙特卡洛树搜索。运用结构识别技术,我们对碳原子数目较小的石墨烯量子点进行了高通量第一原理计算;考虑局域成键环境,我们确定了6种不等价碳原子和13种碳碳键,提出了多参数紧束缚模型与第一性原理计算数据拟合,得到很好的结果,可以高精度并快速评估体系的能隙。结合蒙特卡洛树搜索方法和等价性判断,我们找出了不同碳原子数下结构和能隙分布之间的关联,并通过第一性原理计算证实了相关结果。我们发现,对于不同饱和氢原子数的石墨烯量子点,氢原子的化学势会影响体系结构稳定性,有着相同碳、氢原子的同分异构体的稳定性随能隙增大而增加。由于量子限制效应的存在,一般的高对称结构能隙往往随着尺寸的增加而减少,而我们的搜索发现最大能隙随着碳原子数的增加表现出波动,这反映出体系的能隙依然主要由结构特征决定。我们的结果展示了石墨烯量子点能隙随结构呈现出丰富的多样性,这有助于拓展石墨烯量子点在纳米光电器件、生物医学荧光标记等领域的潜... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 石墨烯纳米带的电子结构
        1.1.1 锯齿型石墨烯纳米带
        1.1.2 扶手椅型石墨烯纳米带
    1.2 石墨烯量子点
        1.2.1 石墨烯量子点的电子性质
        1.2.2 石墨烯量子点的磁性
    1.3 本文的主要内容
第二章 第一性原理计算方法
    2.1 Bonn-Oppenheimer近似
    2.2 Hartree-Fock方法
    2.3 密度泛函理论
        2.3.1 基本原理
        2.3.2 交换关联泛函
        2.3.3 赝势方法
    2.4 第一性原理计算细节
第三章 石墨烯量子点电子结构的模型计算
    3.1 紧束缚方法
    3.2 休克尔分子轨道法
    3.3 多参数紧束缚模型
    3.4 小结
第四章 蒙特卡洛树搜索方法
    4.1 小体系石墨烯量子点的稳定性和电子性质
        4.1.1 结构的表征与不合理结构的排除
        4.1.2 小体系量子点稳定性与能隙的关系
    4.2 蒙特卡洛树搜索
        4.2.1 算法流程
        4.2.2 结果与讨论
第五章 总结与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
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本文编号：3181410