手性环状碳纳米管的电子结构及磁化特性

张振华; 彭景翠; 陈小华; 张华

doi:10.7498/aps.50.1150

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手性环状碳纳米管的电子结构及磁化特性

张振华 , 彭景翠 , 陈小华 , 张华

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手性环状碳纳米管的电子结构及磁化特性

张振华, 彭景翠, 陈小华, 张华

物理学报, 2001, 50(6): 1150-1156.

doi: 10.7498/aps.50.1150

THE ELECTRONIC STRUCTURE AND MAGNETIC PROPERTIES OF THE CHIRAL TOROIDAL CARBON NANOTUBES

ZHANG ZHEN-HUA, PENG JING-CUI, CHEN XIAO-HUA, ZHANG HUA

Acta Phys. Sin., 2001, 50(6): 1150-1156.

doi: 10.7498/aps.50.1150

摘要
基于石墨平面π电子的紧束缚模型,导出了手性(chiral)环状碳纳米管(TCNTs)在磁场中的电子结构,从而对TCNTs量子特性和磁化规律进行了较深入研究.第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs在磁场中存在金属—半导体的连续转变.计算分析表明:在T=0K时,第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs的磁化强度随磁通量Φ呈线性周期性变化(以磁通量子Φ0=h/e为周期),并且磁化强度对手性角θ、管口半径r,以及温度T极为敏感,但与环半径R无关.手性TCNTs的磁化强度比椅形或锯齿形TCNTs的磁化强度强很多;而第Ⅲ类TCNTs

关键词:
手性环状碳纳米管 /

电子结构 /

磁化特性
Abstract
Based on the tight-binding model of π electrons for a graphite sheet, the electronic structure of the chiral toroidal carbon nanotubes(TCNTs) has been derived.The quantum properties and magnetic pattern of TCNTs have been investigated in detail in this paper. A magnetic field can induce a metal-semiconductor transition for typeⅠ and Ⅱ TCNTs.The computation and analysis also show: when- T=0K, the magnetism of typeⅠand Ⅱ TCNTs are a linearly function of the magnetic flux Φ, with a period Φ0(h/e),which is sensitive to chiral angle θ,toroidal width r and temperture T, independent of toroidal radius R. The magnetism of chiral TCNTs is much stronger than that of the armchair or zigzag TCNTs. The magnetism of type Ⅲ TCNTs is very weak,without regularity.

Keywords:
chiral toroidal carbon nanotubes /

electronic structure /

magnetic properties
作者及机构信息
张振华³,

彭景翠²,

陈小华²,

张华¹

(1)长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076; (2)湖南大学应用物理系,长沙410082; (3)湖南大学应用物理系,长沙410082;长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:59972031);湖南省自然科学基金(批准号:9811Y2047)资助的课题.
Authors and contacts
ZHANG ZHEN-HUA³,

PENG JING-CUI²,

CHEN XIAO-HUA²,

ZHANG HUA¹

(1)长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076; (2)湖南大学应用物理系,长沙410082; (3)湖南大学应用物理系,长沙410082;长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076
参考文献

施引文献

[1]	闫小童, 侯育花, 郑寿红, 黄有林, 陶小马. Ga, Ge, As掺杂对锂离子电池正极材料Li₂CoSiO₄的电化学特性和电子结构影响的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(18): 187101. doi: 10.7498/aps.68.20190503
[2]	杨艳敏, 李佳, 马洪然, 杨广, 毛秀娟, 李聪聪. Co₂-基Heusler合金Co₂FeAl_1–xSi_x(x = 0.25, x = 0.5, x = 0.75)的结构、电子结构及热电特性的第一性原理研究. 物理学报, 2019, 68(4): 046101. doi: 10.7498/aps.68.20181641
[3]	轩书科. 钾钡共掺菲分子结构和电子特性的第一性原理研究. 物理学报, 2017, 66(23): 237401. doi: 10.7498/aps.66.237401
[4]	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. 物理学报, 2015, 64(14): 147304. doi: 10.7498/aps.64.147304
[5]	余志强, 张昌华, 郎建勋. P掺杂硅纳米管电子结构与光学性质的研究. 物理学报, 2014, 63(6): 067102. doi: 10.7498/aps.63.067102
[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]	王平, 郭立新, 杨银堂, 张志勇. 铝氮共掺杂氧化锌纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(5): 056105. doi: 10.7498/aps.62.056105
[8]	宋久旭, 杨银堂, 郭立新, 王平, 张志勇. 反位缺陷对碳化硅纳米管电子结构和光学性质影响研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237301. doi: 10.7498/aps.61.237301
[9]	李忠虎, 李林, 祁阳. BaCoxZn2-xFe16O27六角铁氧体电子结构与介电特性的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(20): 207102. doi: 10.7498/aps.61.207102
[10]	李姝丽, 张建民. Ni原子链填充碳纳米管的能量、电子结构和磁性的第一性原理计算. 物理学报, 2011, 60(7): 078801. doi: 10.7498/aps.60.078801
[11]	魏燕, 胡慧芳, 王志勇, 程彩萍, 陈南庭, 谢能. 氮掺杂手性碳纳米管的电子结构和输运特性的理论研究. 物理学报, 2011, 60(2): 027307. doi: 10.7498/aps.60.027307
[12]	季正华, 曾祥华, 岑洁萍, 谭明秋. ZnSe相变、电子结构的第一性原理计算. 物理学报, 2010, 59(2): 1219-1224. doi: 10.7498/aps.59.1219
[13]	金子飞, 童国平, 蒋永进. 非近邻跳跃对扶手椅型石墨烯纳米带电子结构的影响. 物理学报, 2009, 58(12): 8537-8543. doi: 10.7498/aps.58.8537
[14]	胡海鑫, 张振华, 刘新海, 邱明, 丁开和. 石墨烯纳米带电子结构的紧束缚法研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7156-7161. doi: 10.7498/aps.58.7156
[15]	陈亮, 徐灿, 张小芳. 氧化镁纳米管团簇电子结构的密度泛函研究. 物理学报, 2009, 58(3): 1603-1607. doi: 10.7498/aps.58.1603
[16]	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
[17]	刘贵立, 杨忠华, 方戈亮. 镁/镀镍碳纳米管界面特性电子理论研究. 物理学报, 2009, 58(5): 3364-3369. doi: 10.7498/aps.58.3364
[18]	张华, 陈小华, 张振华, 邱明, 许龙山, 杨植. 接枝羧基的有限长碳纳米管电子结构的第一性原理研究. 物理学报, 2006, 55(6): 2986-2991. doi: 10.7498/aps.55.2986
[19]	马松山, 徐慧, 刘小良, 郭爱敏. DNA分子链电子结构特性研究. 物理学报, 2006, 55(6): 3170-3174. doi: 10.7498/aps.55.3170
[20]	许海军, 富笑男, 孙新瑞, 李新建. 硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究. 物理学报, 2005, 54(5): 2352-2357. doi: 10.7498/aps.54.2352

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物理学报. 2001, 50(6): 1150-1156.

doi: 10.7498/aps.50.1150.

手性环状碳纳米管的电子结构及磁化特性

1. (1)长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076; (2)湖南大学应用物理系,长沙410082; (3)湖南大学应用物理系,长沙410082;长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076

基金项目: 国家自然科学基金(批准号:59972031);湖南省自然科学基金(批准号:9811Y2047)资助的课题.

收稿日期: 2000-07-05
修回日期: 2000-11-13
刊出日期: 2001-03-05

摘要: 基于石墨平面π电子的紧束缚模型,导出了手性(chiral)环状碳纳米管(TCNTs)在磁场中的电子结构,从而对TCNTs量子特性和磁化规律进行了较深入研究.第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs在磁场中存在金属—半导体的连续转变.计算分析表明:在T=0K时,第Ⅰ,Ⅱ类TCNTs的磁化强度随磁通量Φ呈线性周期性变化(以磁通量子Φ0=h/e为周期),并且磁化强度对手性角θ、管口半径r,以及温度T极为敏感,但与环半径R无关.手性TCNTs的磁化强度比椅形或锯齿形TCNTs的磁化强度强很多;而第Ⅲ类TCNTs

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(1)长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076; (2)湖南大学应用物理系,长沙410082; (3)湖南大学应用物理系,长沙410082;长沙交通学院信息与计算科学系,长沙410076

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