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本文基于紧束缚近似(TBA),利用Landauer公式和格林函数方法研究有限长悬挂端对碳纳米管体系电子传输特性的影响,并且利用基于分子自洽场理论的Gaussian软件模拟分子在碳纳米管有限长悬挂端端口的吸附,之后同样利用Landauer公式和格林函数方法研究有限长悬挂端端口的分子吸附对体系电导的影响。
针对上述研究内容,本文分为四章,各章具体内容简介如下:第一章首先介绍碳纳米管的结构和导电特性,然后总结前人对碳纳米管分子吸附行为的研究,最后介绍本文的研究目标。
第二章是关于计算方法的介绍,主要分两部分。一部分是关于绝热近似和Hatree-Fock近似以及分子的自洽场计算的内容。另一部分则是紧束缚近似以及使用格林函数计算准一维体系电导的方法。
第三章利用Landauer公式和格林函数方法研究有限长悬挂端对碳纳米管体系电子传输特性的影响。我们先对比了开、闭口有限长悬挂端和无限长悬挂端下碳纳米管体系的电导,之后讨论悬挂端长度对碳纳米管电导的影响,最后研究探针与碳纳米管间的耦和强度对碳纳米管电导的影响。结果表明,有限长和无限长悬挂端对碳纳米管体系电导的影响截然不同:有限长悬挂端碳纳米管体系的电导在费米能级附近随能量的变化有明显的周期性波动,而无限长碳纳米管体系的电导则保持不变;此外,在同等的探针和碳原子耦和条件下,含有限长悬挂端的碳纳米管体系的平均电导约是含无限长悬挂端的碳纳米管体系平均电导的2倍。同时发现,在悬挂端有限长的情况中,(5,5)单壁碳纳米管的G-E曲线在费米能级附近(±1.5eV范围内)存在快、慢两种准周期,而(9,0)单壁碳纳米管的G-E曲线在费米能级附近则只存在一个周期。在探针与碳纳米管保持单原子接触条件下的计算结果表明,扶手椅型碳纳米管的电导对悬挂端长度有很强的依赖性。第四章中我们利用Gaussian软件分别模拟气体分子在(5,5)碳纳米管有限长开口和闭口悬挂端端口的吸附,并且用Landauer公式和格林函数方法研究分子的端口吸附对碳纳米管体系电导的影响。结果表明,在开口悬挂端的A、B两个吸附位中,分子更趋向于吸附在B位上。A位上的分子吸附将改变体系G-E曲线的周期,同时在特定的能量点处产生不随悬挂端长度而改变的特征峰。B位上的分子吸附不产生特征峰,仅在能量E>OeV的区间内改变G-E曲线的周期。闭口悬挂端末端碳帽上的分子吸附将使碳纳米管体系的G-E曲线在特定的狭小能量区间内出现不随悬挂端长度改变的特征峰,但并不是所用的吸附状态都能改变碳纳米管体系G-E曲线的周期。
本文研究的结果表明:由于体系电导对分子吸附的敏感性,含有限长悬挂端的碳纳米管有潜力成为单分子探测器件的一种基础模型。为此,更深入的研究势在必行。