文档介绍：学号: 200906303002 分类号:
硕士学位论文
不同元素饱和石墨烯纳米带的第一性原理研究
研究生姓名: 郭小青
指导教师:戴振宏教授
学科门类:理科
专业名称:凝聚态物理
论文提交日期:2012 年 3 月 25 号
学号: 200906303002 分类号:
硕士学位论文
不同元素饱和石墨烯纳米带的第一性原理研究
研究生姓名:郭小青
指导教师:戴振宏教授
学科门类: 理科
专业名称:凝聚态物理
论文提交日期:2012 年 3 月 25 号
烟台大学学位论文原创性声明和使用授权说明
原创性声明
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写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标
明。本声明的法律结果由本人承担。
论文作者签名: 日期: 年月日
学位论文使用授权说明
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摘要
自从 2004 年英国曼彻斯特大学的 Andre Geim 研究小组发现了石墨烯以后,石墨烯的
相关研究在全球内展开。由于其有独特的力学,热学,光学性质,尤其是很多奇异的电子性
质,例如奇异的量子霍尔效应,反常的局域化效应,高的载流子迁移率等,都是引起广泛关
注的原因。石墨烯的应用前景非常广泛,可以用作透明导电膜的触摸面板,高速的石墨烯晶
体管和光学元件,以及用作太阳能电池。
本论文一共分为五章,第一章介绍了石墨烯的发现,特有的电子结构,特有的性质,重
点介绍石墨烯的输运性质,例如:石墨烯奇异的霍尔效应,反常的隧穿效应等。其次是石墨
烯的制备方法和应用前景。制备方法主要包括物理方法和化学方法,以及方法的优缺点。然
后介绍了石墨烯的研究现状,这主要是针对石墨烯纳米带的研究成果,这些包括用不同方法
针对不同边界的石墨烯的性质的研究;石墨烯纳米带储 H2 的研究;以及对于石墨烯纳米带边
界方向上施加不同大小电场后,石墨烯纳米带性质的研究。
第二章介绍了第一性原理的基本内容和密度泛函理论。第一性原理中有三种近似,非相
对论近似,Born-Oppenheimer 近似,以及单粒子近似,文中详细的介绍了这三种近似。密
度泛函理论的思想是将多电子体系简化为单电子问题,用电子密度作为基本变量,完全基于
量子力学从头算理论,降低了计算量。在密度泛函理论中,详细介绍了 Kohn——Sham 方程,
以及对常用的交换关联项处理的方法----LDA 和 GGA 进行简单介绍,最后,对使用的软件
做了简单的介绍。
第三章介绍了在石墨烯纳米带,对其电子分布以及导电性的影响。首先研究不同宽度的
石墨带的导电性质,发现不同宽度的 zigzag 边界的石墨烯纳米带都是导体,而 armchair 边
界的石墨烯纳米带是半导体,而且宽度不同,带隙不同。然后分别用 Fe,F ,Br ,Cl 等原子
对 zigzag 边界的石墨烯纳米带边界进行饱和,得到态密度图,能带图,来分析这些元素对
石墨烯边界电子的影响。计算发现在同一体系中用相同的元素对边界进行饱和后体系导电性
会发生变换,用 F 饱和后体系为半导体,但是带隙不是很大,用 Fe, Br, Cl 饱和后为导体。
用不同的元素饱和会引起能级的简并解除,能级的上下移动。然后讨论了在 armchair 石墨
烯纳米带上吸附相同浓度的 F 原子,F 原子的位置不同,导致体系的带隙也不同。而且是 F
原子在边界上吸附时带隙最大,而吸附不同浓度的 F 原子,发现 F 原子的浓度越大,体系的
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带隙也越大。
第四章总结了全文的工作,对未来的工作进行了展望。
【关键词】: 石墨烯第一性原理边界饱和态密度能带图
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Abstract
Since Andre G