文档介绍：中图分类号:04学科分类号:070205论文编号:、,2013承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名:曼垒茎日期:塑Z至:兰:髟南京航空航天大学博士学位论文摘要ZnO纳米材料因为其丰富的结构形貌,以及其优异的物理化学性能,在实验和理论方面都引起了人们的广泛关注。其中一维ZnO纳米结构因其存在显著的量子限制效应与表面效应,以及在构建新一代电子和光电器件中的巨大潜在应用,迅速成为人们研究的重点。本文采用基于密度泛函的第一性原理方法系统研究了化学掺杂或施加外电场对一维ZnO纳米结构的原子结构、电子结构和磁学性质的调控作用,为实现一维ZnO纳米材料在纳米电子和光电领域的应用提供了重要的理论指导。同时,我们还拓展研究了电场和外力场对MoS2纳米管的带隙调控。主要的研究内容归纳如下:利用密度泛函理论,我们系统研究了单个C原子取代一个O原子的锯齿型ZnO纳米带的结构稳定性、能带结构和∥磁性。我们发现掺杂C原子的形成能强烈依赖于C原子的位置:对于H钝化的ZnO纳米带,C原子更易于掺杂在靠近O终结边的位置;而对于未钝化ZnO纳米带,C更容易替代靠近Zn终结边位置的O原子。我们根据锯齿型ZnO纳米带沿带宽方向具有的极性特点,提出了简单的电容器模型,对上述现象进行了定性解释。同时研究表明C掺杂的ZnO纳米带可以表现出扩磁性,磁矩主要集中在C原子上,并且在不同的掺杂位置,C原子表现出不同的磁矩,,由此引起C原子成键性质不同而导致的。另外我们也发现C掺杂位置不同的ZnO纳米带也表现出不同的电子结构特性,。可调的电子结构和磁学特性使C掺杂的ZnO纳米带在自旋电子器件方面表现出重要的潜在应用价值。我们利用密度泛函理论系统研究了在横向电场作用下单壁ZnO纳米管的结构特点和电子特性。在横向电场作用下,ZnO纳米管沿电场方向由圆形形变为椭圆形。我们发现结构形变主要是由于电场的作用使不同位置处键长改变不同,进而使键角发生变化而引起的。管径的纵横比强烈依赖于管径和横向电场强度的大小,而对纳米管的手性并不敏感。ZnO纳米管的带隙随着电场的增加而单调的减小,带隙的变化随管径的增大而增大,而带隙的变化不依赖于纳米管的手性。我们得出了ZnO纳米管的带隙随电场变化的函数关系式。同时我们也发现径向形变和电场的耦合效应减弱了带隙的减小。这些研究对于理解ZnO纳米管的力电耦合效应以及其在光电器件方面的潜在应用都有重要的意义。我们利用密度泛函理论系统研究了横向电场对各种ZnO纳米线和面心纳米管的电子结构的影响。研究表明ZnO纳米线和面心纳米管的带隙随着电场的增加单调的减小,并且带隙的变化率随纳米线的直径和纳米管的管径的增加,以及纳米管壁厚的减小而增大,尤其是电场强度足够强时,甚至可以实现半导体到金属的转变。ZnO纳米结构的带隙随电场的变化和电偶极矩一维氧化锌纳米结构物性研究随电场的变化是一致的,同时我们也可以从电场作用下不同势能区电子能级发生倾斜的角度来理解带隙的减小。而且我们也发现ZnO纳米线和纳米管的电子和空穴有效质量可以通过电场进行有效的调控。这些研究为设计和发展基于ZnO纳米结构的微电子和光电器件提供了重要的指导作用。我们利用密度泛函理论系统研究了横向电场对MoS2纳米管的形貌和电子性质的影响,以及在外部应力作用下MoS2纳米管的带隙变化。研究表明在横向电场的作用下,不同手性的纳米管的带隙随电场强