石墨烯纳米条带电子输运性质的调制

论文摘要

最近,石墨烯在材料学与凝聚态物理学中引起了研究的热潮。通过裁剪石墨烯可以得到基于石墨烯的一维碳纳米材料——石墨烯纳米条带。由于具有奇特的六角形晶格结构,石墨烯纳米条带展现出优异的电子输运性质,从而使得它在纳米电子器件中具有很好的应用前景。而不同功能的器件需要不同的输运性质,因此石墨烯纳米条带电子输运性质的调制受到了广泛的关注。本文采用格林函数方法,讨论了石墨烯叠片和应力对石墨烯纳米条带电子输运性质的影响。论文分为以下几个部分:第一章:介绍了石墨烯的电学性质以及扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米条带的基本电子性质。第二章:介绍格林函数方法。首先给出了格林函数的定义,然后介绍了求解两电极体系格林函数的两种方法:全格林函数方法和递归格林函数方法。第三章:研究了石墨烯叠片对锯齿型石墨烯纳米条带电子输运性质的影响。采用格林函数方法,计算了锯齿型石墨烯纳米条带在石墨烯叠片两种不同堆叠方式下的电导。研究发现,由于石墨烯叠片与石墨烯纳米条带的耦合作用,锯齿型石墨烯纳米条带在两种堆叠方式下的电导谱出现了电导谷。在远离费米能处,两种堆叠方式的电导谷位置相近甚至重合;而在费米能附近,两种堆叠方式的电导谷位置与堆叠方式有关。此外,讨论了石墨烯叠片的几何尺寸对锯齿型石墨烯纳米条带电子输运的影响。这些结果表明堆叠石墨烯叠片能够有效的调制锯齿型石墨烯纳米条带的电子输运性质。第四章:讨论了单轴应力对扶手椅型石墨烯纳米条带电子输运性质的调控。应用格林函数方法计算了考虑边缘效应的扶手椅型石墨烯纳米条带在不同应力调制下的电导。结果显示,考虑边缘效应的扶手椅型石墨烯纳米条带的电导谱出现了方形电导谷。在单轴压缩力调控下,方形电导谷随压缩力的增大向高能区移动,同时方形电导谷的宽度减小;而在单轴拉伸力调控下,方形电导谷随拉伸力的增大向低能区移动,同时方形谷的宽度增大。此外,发现扶手椅型石墨烯纳米条带的电导带隙随应力的改变呈现Z字型变化。这些结果表明应力对扶手椅型石墨烯纳米条带的电子输运性质起到了有效的调制作用。第五章:对本论文的工作进行简单的总结,并对以后可能开展的工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 石墨烯基本电学性质
• 1.1.1 石墨烯的晶体结构与能带结构
• 1.1.2 石墨烯的输运性质
• 1.2 石墨烯纳米条带的基本电子性质
• 1.2.1 扶手椅型石墨烯纳米条带的基本电子性质
• 1.2.2 锯齿型石墨烯纳米条带的基本电子性质
• 1.3 选题意义及研究内容
• 第2章 理论计算方法
• 2.1 全格林函数方法
• 2.2 递归格林函数方法
• 2.3 紧束缚哈密顿量
• 第3章 石墨烯叠片对锯齿型石墨烯纳米条带电子输运的影响
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 应力对石墨烯纳米条带电子输运性质的影响
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型
• 4.3 结果与讨论
• 4.4 小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间完成的论文