有限长碳纳米管中的边缘效应

研究了有限尺寸效应对长锯齿型和扶手椅型碳纳米管电子结构的重要性。我们使用分治密度泛函理论方法，分析了封顶的(6,6)、(8,0)和(9,0)单壁碳纳米管在长达60纳米范围内的电子结构随其长度的变化。对于所研究的金属性纳米管，无限长碳纳米管态密度中出现的大部分物理特征在40纳米长度时得以恢复。所研究的(8,0)半导体纳米管在能隙内表现出显著的边缘效应，该效应与纳米管长度成反比。因此，能隙从周期性系统计算得到的约1 eV值减小到封顶的62纳米长碳纳米管计算得到的约0.25 eV值。这些边缘效应预计只有在管长超过6微米时才变得可忽略。我们的结果表明，在设计基于碳纳米管的新型纳米电子器件时，应仔细调整系统的性质及其封端单元。这些结论预计也适用于其他一维系统，如石墨烯纳米带、导电聚合物和DNA分子。