P-AP植入型石墨烯纳米带的输运性质及器件研究

发布时间：2020-05-16 15:19

【摘要】：本论文运用密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法研究了电子掺杂和空穴掺杂。以sp~3-N为例研究了电子掺杂对石墨烯纳米带性质的影响;以B掺杂为例,研究了空穴掺杂对armchair石墨烯纳米带的影响。目前石墨烯的共价功能化从锚定位点形成sp~3杂化碳原子(sp~3-C)发展到在锚定位点形成sp~3杂化氮(sp~3-N)。本课题系统地研究了对氨基苯酚(p-aminophenol,p-AP)分子共价键合功能化石墨烯纳米带(graphene nanoribbons,GNRs)的输运性质和电子结构,论证了用p-AP功能化石墨烯纳米带制作分子器件的可行性。本课题分别研究了p-AP分子对扶手椅形(armchair)石墨烯纳米带(AGNRs)与锯齿形(zigzag)石墨烯纳米带(ZGNRs)的影响。研究发现,p-AP分子没有改变AGNRs和ZGNRs的基态。通过对p-AP-AGNRs三种构型的电子结构分析,可以发现AGNRs的电子性质几乎不受p-AP分子影响,因此,可以预见其输运电流极其微弱。对p-AP-ZGNR的输运计算结果表明,在低偏压下p-AP-ZGNR系统出现了强电流极化效应(100%)和显著的自旋分裂。为了探究p-AP-ZGNR强电流极化的机理,本课题构造了几种p-AP分子的子结构掺杂模型以及N原子掺杂模型,对其能带结构、PDOS(projected density of states)和分子轨道图等进行了计算。从以上研究结果得出,p-AP-ZGNR的自旋滤波(即强电流极化)性能对p-AP分子的子结构不敏感,其中形成的sp~3-N在确定系统的电子结构和输运性质中起着至关重要的作用。本课题研究结果揭示了sp~3-N的重要性,并提出了一种用功能化石墨烯实现高性能自旋滤波器件的新机制。本课题研究了硼原子(B)掺杂对7-AGNRs电子性质的影响。本课题计算了7种长度B掺杂7-AGNRs的基态、能带和PDOS。研究发现,B掺杂改变了7-AGNRs系统的基态,并且使其能带发生了明显的劈裂。浓度越低,能带分裂程度越大。不同于先前的研究(B-7-AGNRs出现能量劈裂主要源自其与基底的相互作用),本课题研究结果表明:能量劈裂是B-7-AGNRs系统的本征态。本课题的研究对于调制AGNRs的电子性质和扩展其在分子电子学方面的应用有重要意义。
【图文】：

石墨,原子结构,上角,下角

第一章绪论高温下很难稳定存在。因此，长久以来，大家一直认为不存在石墨烯这种物质直到 2004 年，由 Andre 他们首次从实验中获得石墨烯后，这种神奇的物质才进大家的视野。他们剥离出石墨烯的方法非常简单，但是当时依然不存在合适的器能从铅笔划痕中找到一个原子厚的石墨烯薄片。石墨烯最终被观察到是由于在所选择的 SiO2衬底顶部产生的微妙光学效应，并且该现象对仪器的要求不高一般的光学仪器就能检测到。由此可知，虽然可以轻松的制取石墨烯，但是想发现它却难度颇高。

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第一章绪论有相关的理论研究工作[30]表明，它的环加成作用功能化（如图 1-3）诱导石墨烯的带隙开口并且使石墨烯的电子性质从半金属态转变为半导电子态。环加成诱导的间隙显示归因于 π 共轭的修饰，其取决于氮丙啶加合物的浓度。调制功能化石墨烯的能带结构对未来基于石墨烯的器件应用有重要影响。随后，石墨烯与氟化马来酰亚胺之间的环加成反应也被发现了[31,32]，并且理论工作表明（1,4）和（1,2）环加成在独立的石墨烯上也是可能的，，如图 1-3。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN60;TB383.1

【参考文献】