[00137795]碳纳米管分子器件的电子学研究

该课题组重点研究了碳纳米管的电子学问题，即针对目前碳纳米管电子学研究中尚未解决的前沿问题进行研究，以求对碳纳米管作为纳米电子器件的未来应用提供有用的理论信息，主要研究成果如下：（1）通过引入拉伸、扭转应变，并考虑C-C键长的变化及邻近原子转移积分在不同方向上的差异，采用TB方法计算 电子的电子结构随应变系数的变化规律。研究发现：对于金属型碳纳米环，其能隙随应变系数的变化呈现几乎相同的规律，而对于半导体型的碳纳米环，其能隙随应变系数的变化没有明显的规律，但应变系数取某些特殊值时，其能隙变小甚至趋近零，使半导体型的碳纳米环变为准金属碳纳米环。在特殊情况下，碳纳米环的电子结构非常不敏感于变形。（2） 通过对在磁场作用下系统自由能改变的定量计算，探讨了碳纳米管环中持续电流与手性、变形、缺陷的关系。研究发现：在相干长度内持续电流非常敏感于手性、变形及缺陷，只要变形发生，无论大小，其持续电流均可拟合为 的形式。当应变系数达到1% 时，持续电流下降4个数量级。意味着碳环电力耦合系统具有作为物理传感器（例如，压力传感器）的重要潜在应用。（3）采用基于密度泛函理论的第一原理方法，充分考虑交换关联作用，研究了有限长碳纳米管及异质结的电子学特性，特别对有限长碳纳米管接枝所形成异质结的电子特性进行了较深入的研究，通过建立接枝羧基官能团的（5,5）型和(9,0)型有限长碳纳米管的原子模型，研究其电子分布和态密度的变化。计算表明：接枝羧基的碳纳米管，其电子结构明显改变，其费米能级上的电子态密度下降；最高占据轨道上的非定域程度减弱，致使电子输运性能呈下降趋势。（4）对电子波背散射的相干性而形成的弱局域化影响电导，相干长度影响持续电流进行了研究，计算表明：弱局域化导致碳纳米管的低温电导明显下降；当碳纳米管周长超过相干长度时则持续电流大幅度下降。