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剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

姜艳 刘贵立

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

姜艳, 刘贵立
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  • 碳纳米管作为最先进的纳米材料之一, 在电子和光学器件领域有潜在的应用前景, 因此引起了广泛关注. 掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径. 为了理解相关机理, 利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质. 研究发现, 剪切形变会改变碳纳米管的几何结构, 当剪切形变大于12%后, 其几何结构有较大畸变. 结合能计算表明, 剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性, 剪切形变越大, 稳定性越低. 电荷布居分析表明, 硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存. 能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体. 随着剪切形变加剧, 纳米管超晶格能隙逐渐减小, 当剪切形变大于12%后, 碳纳米管又从半导体变为金属. 在光学性能中, 剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小, 且均出现了红移.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51371049)和辽宁省自然科学基金(批准号: 20102173)资助的课题.
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    Wei Y, Hu H F, Wang Z Y, Cheng C P, Chen N T, Xie N 2011 Acta Phys. Sin. 60 027307 (in Chinese) [魏燕, 胡慧芳, 王志勇, 程彩萍, 陈南庭, 谢能 2011 物理学报 60 027307]

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    Jin L, Fu H G, Xie Y, Yu H T 2012 Chin. Phys. B 21 057901

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    Kalbac M, Kavan L, Dunsch L, Dresselhaus M S 2008 Nano Lett. 8 1257

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    Yin L C, Saito R, Dresselhaus M S 2010 Nano Lett. 10 3290

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    Taheri S, Shadman M, Soltanabadi A, Ahadi Z 2014 Int. Nano Lett. 4 81

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    Marlo M, Milman V 2000 Phys. Rev. B 62 2899

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    Vanderbilt D 1990 Phys. Rev. B 41 7892

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-31
  • 修回日期:  2015-02-27
  • 刊出日期:  2015-07-20

剪切形变对硼氮掺杂碳纳米管超晶格电子结构和光学性能的影响

  • 1. 沈阳工业大学建筑工程学院, 沈阳 110870
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51371049)和辽宁省自然科学基金(批准号: 20102173)资助的课题.

摘要: 碳纳米管作为最先进的纳米材料之一, 在电子和光学器件领域有潜在的应用前景, 因此引起了广泛关注. 掺杂、变形及形成超晶格为调制纳米管电子、光学性质提供了有效途径. 为了理解相关机理, 利用第一性原理方法研究了不同剪切形变下扶手椅型硼氮交替环状掺杂碳纳米管超晶格的空间结构、电子结构和光学性质. 研究发现, 剪切形变会改变碳纳米管的几何结构, 当剪切形变大于12%后, 其几何结构有较大畸变. 结合能计算表明, 剪切形变改变了掺杂碳纳米管超晶格的稳定性, 剪切形变越大, 稳定性越低. 电荷布居分析表明, 硼氮掺杂碳纳米管超晶格中离子键和共价键共存. 能带和态密度分析发现硼氮交替环状掺杂使碳纳米管超晶格从金属转变为半导体. 随着剪切形变加剧, 纳米管超晶格能隙逐渐减小, 当剪切形变大于12%后, 碳纳米管又从半导体变为金属. 在光学性能中, 剪切形变的硼氮掺杂碳纳米管超晶格的光吸收系数及反射率峰值较未受剪切形变的均减小, 且均出现了红移.

English Abstract

参考文献 (27)

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