1、納米科技已逐漸成為當今基礎(chǔ)和應(yīng)用研究的前沿研究領(lǐng)域之一。一維無機納米材料具備優(yōu)異的電、光、磁學(xué)性能,可作為新一代電子器件的基本構(gòu)成元件,受到了人們越來越多的關(guān)注。遴選具有特定光電性能的納米材料來組裝性能優(yōu)良的微納米電子器件已成為納米科技發(fā)展的重要方向。本文以幾種特定的一維無機納米材料為對象,利用第一原理方法計算研究了其光電性質(zhì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系,并通過共摻雜等手段來調(diào)節(jié)控制電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)使其能具備我們所需要的性質(zhì)。論文安排如下:<

2、br>　　 第一章闡述了一維無機納米材料的有關(guān)背景,分析了一維無機納米材料的結(jié)構(gòu)特點和有關(guān)性質(zhì)。
　　 第二章研究了氧化鋅、硒化鋅單壁納米管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)。發(fā)現(xiàn)氧化鋅、硒化鋅的卷曲能比已被實驗證實穩(wěn)定存在的碳納米管、氮化硼納米管的卷曲能要低,這說明了氧化鋅、硒化鋅單壁納米管在一定的實驗條件下是可以存在的。氧化鋅、硒化鋅納米管顯示出和碳納米管、氮化硼納米管不一樣的特點。氧化鋅、硒化鋅納米管都是直接帶隙的半導(dǎo)體,

3、而且這種帶隙不會隨管徑和螺旋度的變化而變化。不同管徑和螺旋度的氧化鋅、硒化鋅納米管也具有相似的光學(xué)性質(zhì)。這種不隨管徑和螺旋度變化的光電性質(zhì)可以克服需要制備特定螺旋度納米管的困難,可更方便的應(yīng)用于納米器件。
　　 在第三章中,我們探討了形變和摻雜對一維碳納米材料性質(zhì)的調(diào)制作用。分析了形變對有限長碳納米管和石墨烯納米帶的鋸齒型邊界的電磁性質(zhì)的調(diào)制作用。發(fā)現(xiàn)有懸掛鍵的鋸齒型邊界的磁矩會隨卷曲的增大而減小:卷曲度θπ-σ<110°時磁矩

4、為1μB；卷曲度θπ-σ>110°時磁矩為0.5μB左右。同時,當卷曲度由度θπ-σ<110°過渡到度θπ-σ>110°時,兩邊界之間的耦合方式由鐵磁性耦合轉(zhuǎn)變?yōu)榉磋F磁性耦合。
　　 討論了共摻雜對雙壁碳納米管的光電性質(zhì)的調(diào)制。沒有摻雜的雙壁碳納米管的電子結(jié)構(gòu)中,最高價帶屬于外管而最低導(dǎo)帶屬于內(nèi)管。當施主雜質(zhì)(K原子)吸附于外管壁上,受主雜質(zhì)(NO2)吸附于內(nèi)管中時,此時的電子結(jié)構(gòu)最高價帶屬于內(nèi)管而最低導(dǎo)帶屬于外管。沒有摻雜的雙

5、壁管價帶頂?shù)綄?dǎo)帶底的躍遷是禁戒的,摻雜后的納米管可以使這種躍遷實現(xiàn)。而這種躍遷會直接引起電子空穴的分離,導(dǎo)致光生伏特效應(yīng)。另外,施主和受主之間的電場會阻止電子空穴對的復(fù)合,從而提高了光電轉(zhuǎn)換的效率。
　　 在第四章中,我們研究了氧化鋅納米線的尺寸效應(yīng)和應(yīng)變效應(yīng)對光電性質(zhì)的影響。當直徑相同時,不管是納米管還是納米線,一維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)都是直接帶隙半導(dǎo)體,而且具有相似的電子結(jié)構(gòu)。光學(xué)性質(zhì)計算中也發(fā)現(xiàn)直徑相同的一維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)具有相

6、似的光學(xué)性質(zhì),說明一維氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的光電性質(zhì)和直徑密切相關(guān),對表面形狀的依賴性不大。當直徑增大時,氧化鋅納米線的帶隙會逐漸降低,最后趨近于塊體氧化鋅的帶隙。應(yīng)變效應(yīng)對氧化鋅納米線的光電性質(zhì)影響明顯。各種直徑的納米線的帶隙都隨應(yīng)變的增大而近似線性的降低,但是小直徑的納米線的線性曲線中出現(xiàn)了拐點,這是因為各價帶隨應(yīng)變的變化不一樣導(dǎo)致的。另外,我們發(fā)現(xiàn)不同直徑納米線的光學(xué)性質(zhì)對應(yīng)變的依賴性會有所不同。對于極化平行于軸向方向時,小直徑的納米線

7、介電函數(shù)的峰位隨應(yīng)變的增大出現(xiàn)藍移現(xiàn)象,而較大直徑納米線譜線的兩個主峰的位置不隨應(yīng)變變化。對于極化方向垂直于軸向方向時,較小直徑的第一個峰不隨應(yīng)變變化,其它峰位都隨應(yīng)變的增大出現(xiàn)紅移現(xiàn)象。
　　 第五章,計算了石墨烯的一維衍生結(jié)構(gòu)--石墨烯納米帶和石墨烷納米帶--的光電性質(zhì)。按邊界形狀的不同,可分為鋸齒型納米帶和扶手椅型納米。在鋸齒型石墨烯納米帶能帶結(jié)構(gòu)中,π和π*能帶在一定的波矢范圍內(nèi)簡并于費米能,納米帶的寬度不同簡并的波矢范

8、圍有所不同。扶手椅型石墨烯納米帶是半導(dǎo)體,帶隙隨帶寬的增大而振蕩地減小。在光學(xué)性質(zhì)方面,鋸齒型石墨烯納米帶在極化方向平行于納米帶平面時,隨著納米帶寬度的增加吸收峰存在著紅移現(xiàn)象,而極化方向垂直于納米帶平面的光學(xué)性質(zhì)不隨帶寬的變化而變化。對于扶手椅型石墨烯納米帶,平行極化方向時,光學(xué)性質(zhì)隨寬度的變化可分為三種類型；極化方向垂直于納米帶時,而不同寬度納米帶的光吸收峰的位置則較為相近。
　　 對于石墨烷納米帶,各種納米帶結(jié)構(gòu)中碳原子是

9、sp3雜化,和納米帶的邊界形狀無關(guān),表現(xiàn)出和金剛石相似的光電性質(zhì)。鋸齒型和扶手椅型的石墨烷納米帶都是直接帶隙半導(dǎo)體,隨帶寬的增大會逐漸降低最終和金剛石的帶隙一致。各種石墨烷納米帶的光學(xué)性質(zhì)都和石墨烷的光學(xué)性質(zhì)相似。當極化方向垂直于納米帶平面時,各納米帶介電函數(shù)譜線在7eV和13eV附近有兩個吸收峰。當極化方向平行于納米帶平面時,各納米帶介電函數(shù)譜線在12eV有一主峰。石墨烷納米帶和石墨烯納米帶不一樣,它的光電性質(zhì)都和石墨烷相似,和納米帶