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扶手椅型单壁碳纳米管中的B/N对共掺杂

徐慧 肖金 欧阳方平

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扶手椅型单壁碳纳米管中的B/N对共掺杂

徐慧, 肖金, 欧阳方平

Boron/nitrogen pairs doping in armchair single-walled carbon nanotubes

Xu Hui, Xiao Jin, Ouyang Fang-Ping
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  • 利用第一性原理电子结构计算方法,研究了扶手椅型单壁碳纳米管(SWCNT)的B/N对掺杂效应.研究发现,对于扶手椅型SWCNT两个不同的掺杂位点,B/N对更容易发生在与管轴线成30°角的P1位点上.B/N对的掺杂使得金属性SWCNT能隙打开,且能隙随着B/N对轴向掺杂浓度的升高而逐渐增大.同时,还发现两B/N对掺杂后SWCNT的电子结构敏感地依赖于B/N对在圆周上的相对位置,能隙随着B/N对相对距离的增大而增大.这归结于B/N对的掺入影响了原有的电荷分布,这种影响是局域的
    By performing first principles electronic structure calculations, we have revealed the effect of boron/nitrogen pairs doping in armchair single-walled carbon nanotubes (SWCNT). It is shown that for two kinds of sites in the armchair SWCNT, the doping of B/N pairs can more easily happen on the P1 site which is at 30° angle to the tube axis. An energy gap is opened in metallic SWCNT by doping B/N pairs, and the energy gap increases with raising the axial concentration of the B/N pairs. Moreover, when two couples of B/N pairs are doped in SWCNT, the electronic structure is sensitive to the relative positions of B/N pairs in the couple along the circumference of tubes. It’s due to that the original charge distribution is changed by B/N pairs doping, and the effect of B/N pairs is localized. When the distance between B/N pairs increases, the extent of the effect is increased. This result may contribute to preparing pure semiconductor and effectively controlling the electronic structure.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:50504017)、湖南省自然科学基金(批准号:07JJ3102)和中南大学理科发展基金(批准号:08SDF02,09SDF09)资助的课题.
    [1]

    [1]Iijima S 1991 Nature 354 56

    [2]

    [2]Saito R, Sato K, Oyama Y, Jiang J, Samsonidze G G, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 2005 Phys. Rev. B 72 1

    [3]

    [3]Meng L J, Fu C L, Lu Q H 2009 Prog. Nat. Sci. 19 801

    [4]

    [4]Zhang B X, Yang C, Feng Y F, Yu Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4066 (in Chinese) [张变霞、杨春、冯玉芳、余毅 2009 物理学报 58 4066]

    [5]

    [5]Yang P F, Hu J M, Ten B T, Wu F M, Jian S Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 3331 (in Chinese) [杨培芳、胡娟梅、滕波涛、吴锋明、蒋仕宇 2009 物理学报 58 3331]

    [6]

    [6]Zhang G Y, Qi P F, Wang X R, Lu Y R, Li X L, Ryan T, Sarunya B, David M, Zhang L, Dai H J 2006 Science 314 974

    [7]

    [7]Chen G D, Wang L D, Zhang J Q, Cao D C, An B, Ding F C, Liang J K 2008 Acta Phys. Sin. 57 7164 (in Chinese) [陈国栋、王六定、张教强、曹得财、安博、丁富才、梁锦奎 2008 物理学报 57 7164 ]

    [8]

    [8]Chen Z H, Du X, Du M H, Rancken C D, Cheng H P, Andrew G R 2003 Nano Lett. 3 1245

    [9]

    [9]Hong S K, Sukmin J 2004 Phys. Rev. B 70 233411

    [10]

    ]Buonocore F 2007 Philos. Mag. Lett. 87 1097

    [11]

    ]Maeda Y, Kimura S, Kanda M, Hirashima Y, Hasegawa T, Wakahara T, Lian Y F, Nakahodo T, Tsuchiya T, Akasaka T, Lu J, Zhang X W, Gao Z X, Yu Y P, Nagase S, Kazaoui S, Minami N, Shimizu T, Tokumoto H, Saito R 2005 J. Am. Chem. Soc. 127 10287

    [12]

    ]Qiao L, Wang C, Qu C Q , Zeng Y , Yu S S, Hu X Y, Zheng W T, Jiang L Q 2009 Diam. Relat. Mater. 18 657

    [13]

    ]Wang K P, Shi C S, Zhao N Q, Du X W 2008 Acta Phys. Sin. 57 7833 (in Chinese) [王昆鹏、师春生、赵乃勤、杜希文 2008 物理学报 57 7833 ]

    [14]

    ]Xu Z, Lu W G, Wang W L, Gu C Z, Liu K H, Bai X D, Wang E G, Dai H J 2008 Adv. Mater. 20 3615

    [15]

    ]Redlich P, Loeffler J, Ajayan P M, Bill J, Aldinger F, Riihle M 1996 Chem. Phys. Lett. 260 465

    [16]

    ]Terrones M, Ajayan M, Banhart F, Blase X, Carroll D L, Charlier J C, Czerw R, Foley B, Grobert N, Kamalakaran R, Redlich P K, Rühle M, Seeger T, Terrones H 2002 Appl. Phys. A 74 355

    [17]

    ]Hsu W K, Chu S Y, Munoz-Picone E, Boldu J L, Firth S, Franchi P, Roberts B P, Schilder A, Terrones H, Grobert N, Zhu Y Q, Terrones M, McHenry M E, Kroto H W, Walton D R M 2000 Chem. Phys. Lett. 323 572

    [18]

    ]John P P, Kieron B, Matthias E 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [19]

    ]Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1998 Phys. Rev. Lett. 80 891

  • [1]

    [1]Iijima S 1991 Nature 354 56

    [2]

    [2]Saito R, Sato K, Oyama Y, Jiang J, Samsonidze G G, Dresselhaus G, Dresselhaus M S 2005 Phys. Rev. B 72 1

    [3]

    [3]Meng L J, Fu C L, Lu Q H 2009 Prog. Nat. Sci. 19 801

    [4]

    [4]Zhang B X, Yang C, Feng Y F, Yu Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 4066 (in Chinese) [张变霞、杨春、冯玉芳、余毅 2009 物理学报 58 4066]

    [5]

    [5]Yang P F, Hu J M, Ten B T, Wu F M, Jian S Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 3331 (in Chinese) [杨培芳、胡娟梅、滕波涛、吴锋明、蒋仕宇 2009 物理学报 58 3331]

    [6]

    [6]Zhang G Y, Qi P F, Wang X R, Lu Y R, Li X L, Ryan T, Sarunya B, David M, Zhang L, Dai H J 2006 Science 314 974

    [7]

    [7]Chen G D, Wang L D, Zhang J Q, Cao D C, An B, Ding F C, Liang J K 2008 Acta Phys. Sin. 57 7164 (in Chinese) [陈国栋、王六定、张教强、曹得财、安博、丁富才、梁锦奎 2008 物理学报 57 7164 ]

    [8]

    [8]Chen Z H, Du X, Du M H, Rancken C D, Cheng H P, Andrew G R 2003 Nano Lett. 3 1245

    [9]

    [9]Hong S K, Sukmin J 2004 Phys. Rev. B 70 233411

    [10]

    ]Buonocore F 2007 Philos. Mag. Lett. 87 1097

    [11]

    ]Maeda Y, Kimura S, Kanda M, Hirashima Y, Hasegawa T, Wakahara T, Lian Y F, Nakahodo T, Tsuchiya T, Akasaka T, Lu J, Zhang X W, Gao Z X, Yu Y P, Nagase S, Kazaoui S, Minami N, Shimizu T, Tokumoto H, Saito R 2005 J. Am. Chem. Soc. 127 10287

    [12]

    ]Qiao L, Wang C, Qu C Q , Zeng Y , Yu S S, Hu X Y, Zheng W T, Jiang L Q 2009 Diam. Relat. Mater. 18 657

    [13]

    ]Wang K P, Shi C S, Zhao N Q, Du X W 2008 Acta Phys. Sin. 57 7833 (in Chinese) [王昆鹏、师春生、赵乃勤、杜希文 2008 物理学报 57 7833 ]

    [14]

    ]Xu Z, Lu W G, Wang W L, Gu C Z, Liu K H, Bai X D, Wang E G, Dai H J 2008 Adv. Mater. 20 3615

    [15]

    ]Redlich P, Loeffler J, Ajayan P M, Bill J, Aldinger F, Riihle M 1996 Chem. Phys. Lett. 260 465

    [16]

    ]Terrones M, Ajayan M, Banhart F, Blase X, Carroll D L, Charlier J C, Czerw R, Foley B, Grobert N, Kamalakaran R, Redlich P K, Rühle M, Seeger T, Terrones H 2002 Appl. Phys. A 74 355

    [17]

    ]Hsu W K, Chu S Y, Munoz-Picone E, Boldu J L, Firth S, Franchi P, Roberts B P, Schilder A, Terrones H, Grobert N, Zhu Y Q, Terrones M, McHenry M E, Kroto H W, Walton D R M 2000 Chem. Phys. Lett. 323 572

    [18]

    ]John P P, Kieron B, Matthias E 1996 Phys. Rev. Lett. 77 3865

    [19]

    ]Perdew J P, Burke K, Ernzerhof M 1998 Phys. Rev. Lett. 80 891

  • [1] 丁怡, 盛雷梅. 扭转单壁碳纳米管的第一性原理研究. 物理学报, 2023, 72(19): 197302. doi: 10.7498/aps.72.20230566
    [2] 林洪斌, 林春, 陈越, 钟克华, 张健敏, 许桂贵, 黄志高. 第一性原理研究Mg掺杂对LiCoO2正极材料结构稳定性及其电子结构的影响. 物理学报, 2021, 70(13): 138201. doi: 10.7498/aps.70.20210064
    [3] 丁超, 李卫, 刘菊燕, 王琳琳, 蔡云, 潘沛锋. Sb,S共掺杂SnO2电子结构的第一性原理分析. 物理学报, 2018, 67(21): 213102. doi: 10.7498/aps.67.20181228
    [4] 赵佰强, 张耘, 邱晓燕, 王学维. Cu,Fe掺杂LiNbO3晶体电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(1): 014212. doi: 10.7498/aps.65.014212
    [5] 徐晶, 梁家青, 李红萍, 李长生, 刘孝娟, 孟健. Ti掺杂NbSe2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(20): 207101. doi: 10.7498/aps.64.207101
    [6] 谢知, 程文旦. TiO2纳米管电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(24): 243102. doi: 10.7498/aps.63.243102
    [7] 邹小翠, 吴木生, 刘刚, 欧阳楚英, 徐波. β-碳化硅/碳纳米管核壳结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(10): 107101. doi: 10.7498/aps.62.107101
    [8] 黄有林, 侯育花, 赵宇军, 刘仲武, 曾德长, 马胜灿. 应变对钴铁氧体电子结构和磁性能影响的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167502. doi: 10.7498/aps.62.167502
    [9] 吴木生, 徐波, 刘刚, 欧阳楚英. Cr和W掺杂的单层MoS2电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(3): 037103. doi: 10.7498/aps.62.037103
    [10] 王寅, 冯庆, 王渭华, 岳远霞. 碳-锌共掺杂锐钛矿相TiO2 电子结构与光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(19): 193102. doi: 10.7498/aps.61.193102
    [11] 李聪, 侯清玉, 张振铎, 赵春旺, 张冰. Sm-N共掺杂对锐钛矿相TiO2的电子结构和吸收光谱影响的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(16): 167103. doi: 10.7498/aps.61.167103
    [12] 张丽娟, 胡慧芳, 王志勇, 陈南庭, 谢能, 林冰冰. 含氮SW缺陷对单壁碳纳米管电子结构和光学性质的影响. 物理学报, 2011, 60(7): 077209. doi: 10.7498/aps.60.077209
    [13] 朱兴华, 张海波, 杨定宇, 王治国, 祖小涛. C/SiC纳米管异质结电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2010, 59(11): 7961-7965. doi: 10.7498/aps.59.7961
    [14] 宋久旭, 杨银堂, 刘红霞, 张志勇. 掺氮碳化硅纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(7): 4883-4887. doi: 10.7498/aps.58.4883
    [15] 毕艳军, 郭志友, 孙慧卿, 林 竹, 董玉成. Co和Mn共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7800-7805. doi: 10.7498/aps.57.7800
    [16] 王昆鹏, 师春生, 赵乃勤, 杜希文. B(N)掺杂单壁碳纳米管的Al原子吸附性能的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(12): 7833-7840. doi: 10.7498/aps.57.7833
    [17] 段满益, 徐 明, 周海平, 沈益斌, 陈青云, 丁迎春, 祝文军. 过渡金属与氮共掺杂ZnO电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2007, 56(9): 5359-5365. doi: 10.7498/aps.56.5359
    [18] 潘志军, 张澜庭, 吴建生. 掺杂半导体β-FeSi2电子结构及几何结构第一性原理研究. 物理学报, 2005, 54(11): 5308-5313. doi: 10.7498/aps.54.5308
    [19] 张慧鹏, 金庆华, 王玉芳, 李宝会, 丁大同. 单壁碳纳米管手性角对声子振动频率的影响. 物理学报, 2005, 54(9): 4279-4284. doi: 10.7498/aps.54.4279
    [20] 梁君武, 胡慧芳, 韦建卫, 彭 平. 氧吸附对单壁碳纳米管的电子结构和光学性能的影响. 物理学报, 2005, 54(6): 2877-2882. doi: 10.7498/aps.54.2877
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-08-04
  • 修回日期:  2009-11-19
  • 刊出日期:  2010-03-05

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