部分硅取代单壁碳纳米管的带隙统一
材料科学
2007-09-18 v2
摘要
通过 LDA 平面波能带结构计算，研究了一组本征单壁 SiC 纳米管、硅取代碳纳米管以及 SiC 片层的原子和电子结构。连续用 Si 原子取代 C 原子会导致金属性 (8,8) 单壁碳纳米管 (SWCNT) 的能谱打开带隙，且带隙随 Si 浓度呈近似二次方依赖关系。对于半导体性 (10,0) SWCNT，同样的取代会在 Si 浓度约为 25% 时产生带隙最小值（0.27 eV）。在 12-18% 的 Si 浓度范围内，两种类型的纳米管在 Gamma-Gamma 点处的直接带隙均小于 0.5 eV。对手性 (8,2) SWSi_0.15C_0.85NT 系统的计算给出了类似的直接带隙（0.6 eV）。与随机分布相比，Si 原子在晶格中的规则分布在能量上更有利，每原子约低 0.1 eV。含时密度泛函理论 (Time dependent DFT) 计算表明，硅取代显著提高了（约一个数量级）近红外区域光学跃迁的总概率，这是由于金属性 SWCNT 中直接带隙的打开、所有 SWCNT 种类带隙性质和能量的统一、<Si3p|r|Si3s> 径向积分的大数值以及 Si3d 态参与价带和导带中的化学键合所致。
引用
@article{arxiv.0709.2573,
title = {Band gap unification of partially Si-substituted single wall carbon nanotubes},
author = {Pavel V. Avramov and Pavel B. Sorokin and Alexander S. Fedorov and Dmitri G. Fedorov and Yoshihito Maeda},
journal= {arXiv preprint arXiv:0709.2573},
year = {2007}
}
备注
20 pages, 7 figures