搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

N-M(Cd, Mg)共掺闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

王欣 王发展 雷哲锋 王博 马姗 王哲 吴振

引用本文:
Citation:

N-M(Cd, Mg)共掺闭口氧化锌纳米管场发射第一性原理研究

王欣, 王发展, 雷哲锋, 王博, 马姗, 王哲, 吴振

First-principles study of field emission properties for ZnO nanotuber capped and codoped with N-M(Cd, Mg)

Wang Xin, Wang Fa-Zhan, Lei Zhe-Feng, Wang Bo, Ma Shan, Wang Zhe, Wu Zhen
PDF
导出引用
  • 采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 分别研究了N掺杂和N-M(Cd, Mg)共掺(9, 0)型闭口氧化锌纳米管(ZnONT)的几何结构和场发射性能.结果表明: N原子能够提高体系帽端结构的稳定性; 随外加电场增强, 体系的态密度向低能方向移动, 最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙及有效功函数变小, 电荷向帽端聚集程度愈高. 体系态密度/局域态密度, HOMO/LUMO, 能隙及Mulliken电荷分析一致表明, N-Cd共掺可提高ZnONT的场发射性能, N-Mg共掺反而抑制其电子发射.
    The first-principles density-functional theoretical calculations are performed to investigate the effects of N doped and N, M (Cd, Mg) codoped on the geometrical structures and field emission properties of capped (9, 0) zinc oxide nanotubes (ZnONT). The results show that the N could improve the stability of the structure of capped side. With the increase of the applied electric field, the density of states (DOS) shifts towards the low energy position, the highest occupied molecular orbital (HOMO)-lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) gap and the effective work function decrease drastically, and the electrons congregate to the capped side. The analyses of DOS/local DOS, HOMO/LUMO, and Mulliken population indicate that the field emission properties of N, Cd-Codoped ZnONT are improved, but those of N, Mg-codoped ZnONT are worsened.
    • 基金项目: 陕西省自然科学基础研究计划重点项目(批准号: 2011J2009)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the Key Program of the Natural Science Foundation for Basic Research of Shaanxi Province, China (Grant No. 2011J2009).
    [1]

    Wang R Z, Wang B, Wang H, Zhou H, Huang A P, Zhu M K, Yan H, Yan X H 2002 Appl. Phys. Lett. 81 2782

    [2]

    Rihon N 1978 Surf. Sci. 70 92

    [3]

    Cheung J T, Williams G M, Warren L F, Zhuang Z M 2003 U. S. Patent 6 541 908 [2003-04-01]

    [4]

    Xu C X, Suna X W 2003 Appl. Phys. Lett. 83 3806

    [5]

    Lee C J, Lee T J, Lyu S C, Zhang Y, Ruh H, Lee H J 2002 Appl. Phys. Lett. 81 3648

    [6]

    Zhu Y W, Zhang H Z, Sun X C, Feng S Q, Xu J, Zhao Q, Xiang B, Wang R M, Yu D P 2003 Appl. Phys. Lett. 83 144

    [7]

    Dong L F, Jiao J, Tuggle D W, Petty J M, Elliff S A, Coulter M 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1096

    [8]

    Xu C X, Sun X W, Chen B J, Shum P, Li S, Hu X 2004 J. Appl. Phys. 95 661

    [9]

    Ni S L, Chang Y Q, Long Y, Ye R C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5409 (in Chinese) [倪赛力, 常永勤, 龙毅, 叶荣昌 2006物理学报 55 5409]

    [10]

    Ham H, Shen G, Cho J H, Lee T J, Seo S H, Lee C J 2005 Chem. Phys. Lett. 404 69

    [11]

    Shen X P, Yuan A H, Hu Y M, Jiang Y, Xu Z, Hu Z 2005 Nanotechnology 16 2039

    [12]

    Wei A, Sun X W, Xu C X, Dong Z L, Yu M B, Huang W 2006 Appl. Phys. Lett. 88 213102.

    [13]

    Wang C C, Yu K, Li L J, Li Q, Zhu Z Q 2008 Appl. Phys. A 90 739

    [14]

    Wang F Z, Liu B, Zhang Z J, Yuan S C 2009 Physica E 41 879

    [15]

    Lei Z F, Wang F Z, Zhang L G, Wang X, Chen X, Wang B, Shang Z X 2012 J. Synth. Cryst. 41 221 (in Chinese) [雷哲锋, 王发展, 张立岗, 王欣, 陈霞, 王博, 尚志新 2012人工晶体学报 41 221]

    [16]

    Delley B 1990 J. Chem. Phys. 92 508

    [17]

    Cheng 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]

    [18]

    Kim C, Kim B, Lee S M, Jo C, Lee Y H 2002 Phys. Rev. B 65 18

    [19]

    Yuan D, Huang D H, Luo H F, Wang F H 2010 Acta Phys. Sin. 59 6457 (in Chinese) [袁 娣, 黄多辉, 罗华峰, 王藩侯 2010物理学报 59 6457]

    [20]

    Zhang L 2006 M. S. Dissertation ( Changchun: Jilin University) (in Chinese) [张莉 2006 硕士学位论文 (长春: 吉林大学)]

    [21]

    Yang M, Wang L D, Chen G D, An B, WangY J, Liu G Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 7151 (in Chinese) [杨敏, 王六定, 陈国栋, 安博, 王益军, 刘光清 2009 物理学报 58 7151]

  • [1]

    Wang R Z, Wang B, Wang H, Zhou H, Huang A P, Zhu M K, Yan H, Yan X H 2002 Appl. Phys. Lett. 81 2782

    [2]

    Rihon N 1978 Surf. Sci. 70 92

    [3]

    Cheung J T, Williams G M, Warren L F, Zhuang Z M 2003 U. S. Patent 6 541 908 [2003-04-01]

    [4]

    Xu C X, Suna X W 2003 Appl. Phys. Lett. 83 3806

    [5]

    Lee C J, Lee T J, Lyu S C, Zhang Y, Ruh H, Lee H J 2002 Appl. Phys. Lett. 81 3648

    [6]

    Zhu Y W, Zhang H Z, Sun X C, Feng S Q, Xu J, Zhao Q, Xiang B, Wang R M, Yu D P 2003 Appl. Phys. Lett. 83 144

    [7]

    Dong L F, Jiao J, Tuggle D W, Petty J M, Elliff S A, Coulter M 2003 Appl. Phys. Lett. 82 1096

    [8]

    Xu C X, Sun X W, Chen B J, Shum P, Li S, Hu X 2004 J. Appl. Phys. 95 661

    [9]

    Ni S L, Chang Y Q, Long Y, Ye R C 2006 Acta Phys. Sin. 55 5409 (in Chinese) [倪赛力, 常永勤, 龙毅, 叶荣昌 2006物理学报 55 5409]

    [10]

    Ham H, Shen G, Cho J H, Lee T J, Seo S H, Lee C J 2005 Chem. Phys. Lett. 404 69

    [11]

    Shen X P, Yuan A H, Hu Y M, Jiang Y, Xu Z, Hu Z 2005 Nanotechnology 16 2039

    [12]

    Wei A, Sun X W, Xu C X, Dong Z L, Yu M B, Huang W 2006 Appl. Phys. Lett. 88 213102.

    [13]

    Wang C C, Yu K, Li L J, Li Q, Zhu Z Q 2008 Appl. Phys. A 90 739

    [14]

    Wang F Z, Liu B, Zhang Z J, Yuan S C 2009 Physica E 41 879

    [15]

    Lei Z F, Wang F Z, Zhang L G, Wang X, Chen X, Wang B, Shang Z X 2012 J. Synth. Cryst. 41 221 (in Chinese) [雷哲锋, 王发展, 张立岗, 王欣, 陈霞, 王博, 尚志新 2012人工晶体学报 41 221]

    [16]

    Delley B 1990 J. Chem. Phys. 92 508

    [17]

    Cheng 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]

    [18]

    Kim C, Kim B, Lee S M, Jo C, Lee Y H 2002 Phys. Rev. B 65 18

    [19]

    Yuan D, Huang D H, Luo H F, Wang F H 2010 Acta Phys. Sin. 59 6457 (in Chinese) [袁 娣, 黄多辉, 罗华峰, 王藩侯 2010物理学报 59 6457]

    [20]

    Zhang L 2006 M. S. Dissertation ( Changchun: Jilin University) (in Chinese) [张莉 2006 硕士学位论文 (长春: 吉林大学)]

    [21]

    Yang M, Wang L D, Chen G D, An B, WangY J, Liu G Q 2009 Acta Phys. Sin. 58 7151 (in Chinese) [杨敏, 王六定, 陈国栋, 安博, 王益军, 刘光清 2009 物理学报 58 7151]

  • [1] 杨孟骐, 姬宇航, 梁琦, 王长昊, 张跃飞, 张铭, 王波, 王如志. 四方结构GaN纳米线制备、掺杂调控及其场发射性能研究. 物理学报, 2020, 69(16): 167805. doi: 10.7498/aps.69.20200445
    [2] 陈立晶, 李维学, 戴剑锋, 王青. Mn-N共掺p型ZnO的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(19): 196101. doi: 10.7498/aps.63.196101
    [3] 何静芳, 郑树凯, 周鹏力, 史茹倩, 闫小兵. Cu-Co共掺杂ZnO光电性质的第一性原理计算. 物理学报, 2014, 63(4): 046301. doi: 10.7498/aps.63.046301
    [4] 邓胜华, 姜志林. F, Na共掺杂p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2014, 63(7): 077101. doi: 10.7498/aps.63.077101
    [5] 李万俊, 方亮, 秦国平, 阮海波, 孔春阳, 郑继, 卞萍, 徐庆, 吴芳. Ag-N共掺p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2013, 62(16): 167701. doi: 10.7498/aps.62.167701
    [6] 刘芳, 姜振益. 第一性原理研究Eu/N共掺杂锐钛矿TiO2光催化剂的电子和光学性质. 物理学报, 2013, 62(19): 193103. doi: 10.7498/aps.62.193103
    [7] 胡小颖, 王淑敏, 裴艳慧, 田宏伟, 朱品文. 碳纳米片-碳纳米管复合材料的一步合成及其场 发射性质研究. 物理学报, 2013, 62(3): 038101. doi: 10.7498/aps.62.038101
    [8] 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
    [9] 姚光锐, 范广涵, 郑树文, 马佳洪, 陈峻, 章勇, 李述体, 宿世臣, 张涛. 第一性原理研究Te-N共掺p型ZnO. 物理学报, 2012, 61(17): 176105. doi: 10.7498/aps.61.176105
    [10] 程亮, 甘章华, 刘威, 赵兴中. (Nb, N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(23): 237107. doi: 10.7498/aps.61.237107
    [11] 彭丽萍, 夏正才, 杨昌权. 金属和非金属共掺杂锐钛矿相TiO2的第一性原理计算. 物理学报, 2012, 61(12): 127104. doi: 10.7498/aps.61.127104
    [12] 张培增, 李瑞山, 谢二庆, 杨华, 王璇, 王涛, 冯有才. 电化学方法制备ZnO纳米颗粒掺杂类金刚石薄膜及其场发射性能研究. 物理学报, 2012, 61(8): 088101. doi: 10.7498/aps.61.088101
    [13] 胡小颖, 田宏伟, 宋立军, 朱品文, 乔靓. Li-N, Li-2N共掺p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2012, 61(4): 047102. doi: 10.7498/aps.61.047102
    [14] 关丽, 李强, 赵庆勋, 郭建新, 周阳, 金利涛, 耿波, 刘保亭. Al和Ni共掺ZnO光学性质的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5624-5631. doi: 10.7498/aps.58.5624
    [15] 刘强, 程新路, 范勇恒, 杨向东. Al和N共掺p型Zn1-xMgxO电子结构的第一性原理计算. 物理学报, 2009, 58(4): 2684-2691. doi: 10.7498/aps.58.2684
    [16] 陈国栋, 王六定, 安博, 杨敏. 碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(13): 254-S258. doi: 10.7498/aps.58.254
    [17] 杨敏, 王六定, 陈国栋, 安博, 王益军, 刘光清. 碳掺杂闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7151-7155. doi: 10.7498/aps.58.7151
    [18] 赵慧芳, 曹全喜, 李建涛. N,Ga共掺杂实现p型ZnO的第一性原理研究. 物理学报, 2008, 57(9): 5828-5832. doi: 10.7498/aps.57.5828
    [19] 陈 琨, 范广涵, 章 勇, 丁少锋. In-N共掺杂ZnO第一性原理计算. 物理学报, 2008, 57(5): 3138-3147. doi: 10.7498/aps.57.3138
    [20] 宋教花, 张耿民, 张兆祥, 孙明岩, 薛增泉. 多壁碳纳米管阵列场发射研究. 物理学报, 2004, 53(12): 4392-4397. doi: 10.7498/aps.53.4392
计量
  • 文章访问数:  5201
  • PDF下载量:  901
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-12-25
  • 修回日期:  2013-03-07
  • 刊出日期:  2013-06-05

/

返回文章
返回