1、石墨烯的開創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)工作于2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)[7][8][9][10].石墨烯工作在評(píng)選中獲勝的原因應(yīng)包含以下方面:其一，石墨烯的發(fā)現(xiàn)將會(huì)帶來一次電子工業(yè)發(fā)展的革命，或許會(huì)將人類物質(zhì)文明引入下一個(gè)時(shí)代.其二，石墨烯的現(xiàn)實(shí)獲得為在實(shí)驗(yàn)條件下驗(yàn)證現(xiàn)代量子規(guī)范場論，特別是量子電動(dòng)力學(xué)(QED)提供了機(jī)會(huì).
　　 本文通過第一性原理密度泛函計(jì)算主要得到了鎳原子摻雜的雙層及三層石墨烯的能帶結(jié)構(gòu)（或電子結(jié)構(gòu)）與介電性質(zhì).在雙層摻雜結(jié)

2、構(gòu)中，一個(gè)以及三個(gè)雙層石墨烯原胞摻雜一個(gè)鎳原子的體系分別得到0.30eV與0.19eV的能隙.通過對(duì)以上兩體系進(jìn)行介電性質(zhì)計(jì)算，得出在垂直于體系平面方向上的相對(duì)電容率（靜態(tài)介電常數(shù)）分別為3.291與3.358，體系平面方向上相對(duì)電容率與傳統(tǒng)半導(dǎo)體硅鍺相當(dāng).
　　 本文工作著眼于石墨烯的應(yīng)用.通過密度泛函理論第一性原理計(jì)算，在針對(duì)多體相互作用交換關(guān)聯(lián)能泛函的局域密度近似(LDA)及投影放大平面波近似(PAW)下得到摻雜多層（雙層

3、及三層）石墨烯體系的能帶結(jié)構(gòu)與介電性質(zhì).選取此主題主要因?yàn)槭┚薮蟮陌雽?dǎo)體及微電子應(yīng)用潛力.眾多理論與實(shí)驗(yàn)工作都表明，雙層石墨烯在垂直平面方向的外加電場作用下，其能隙可在0.1eV到0.3eV間變化.此外，ABC堆垛型的三層石墨烯在外加場以及外界原子摻雜下均呈現(xiàn)半導(dǎo)體性.特別是很多實(shí)驗(yàn)與理論工作都表明對(duì)石墨烯相關(guān)體系進(jìn)行多種摻雜可有效打開零能隙，結(jié)合現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的成熟，通過摻雜對(duì)物理體系改性是直接可行的方法.將眾多相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)方法結(jié)

4、合到本文工作，確定選題為<摻雜多層石墨系的電子結(jié)構(gòu)與介電性質(zhì)研究>.我們發(fā)現(xiàn)在雙層石墨烯層間兩碳原子連線中心上方位置進(jìn)行過渡金屬鎳原子摻雜可得最大約0.30eV的能隙.與此相應(yīng)三層摻雜石墨烯體系的ABA和ABC兩種能帶結(jié)構(gòu)類似，均未得到能隙，仍維持本征金屬性.在雙層摻雜體系中考慮了摻雜濃度變化對(duì)能帶結(jié)構(gòu)的影響，并對(duì)費(fèi)米能級(jí)附近獲得能隙的兩摻雜雙層體系分別進(jìn)行了介電性質(zhì)計(jì)算，發(fā)現(xiàn)相對(duì)電容率在平面方向與硅鍺的12與16接近，垂直方向低于二氧

5、化硅的3.9.對(duì)本征體系，我們將密度泛函計(jì)算得到的能帶結(jié)構(gòu)與緊束縛近似的能帶結(jié)果進(jìn)行比較以顯示密度泛函計(jì)算可為緊束縛哈密頓矩陣提供必要參數(shù).一些計(jì)算結(jié)果如能隙值，晶格常數(shù)等都與最近可信的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比對(duì).在工作中必要處引用了一些他人的結(jié)果和計(jì)算方法.工作最后，簡要介紹了涉及石墨烯的理論物理各學(xué)科的交叉，以期促進(jìn)石墨烯領(lǐng)域的研究熱情及激發(fā)后續(xù)理論工作的一些靈感.
　　 不論是國內(nèi)國外的，還是實(shí)驗(yàn)的或者理論分析的，關(guān)