大规模石墨烯纳米片的电子结构

借助最近开发的 SIESTA-PEXSI 方法 [J. Phys.: Condens. Matter \textbf{26}, 305503 (2014)]，我们进行了 Kohn-Sham 密度泛函理论（DFT）计算，以研究包含多达 11,700 个原子的六边形石墨烯纳米片（GNFs）的稳定性和电子结构。我们发现 GNFs 的电子性质，包括其内聚能、HOMO-LUMO 能隙、边缘态和芳香性，敏感地依赖于边缘类型（ACGNFs 和 ZZGNFs）、尺寸以及电子数量。我们观察到，由于 ACGNFs 中边缘诱导的应变效应，大规模 ACGNFs 的内聚能随尺寸增加而降低；由于 ZZGNFs 中存在大量边缘态，这一趋势并不适用于 ZZGNFs。我们发现 GNFs 的能隙 $E_g$ 均随 $1/L$ 线性衰减，其中 $L$ 为 GNF 的尺寸。但随着尺寸增加，ZZGNFs 表现出更局域化的边缘态。我们认为这些态的存在使其能隙下降得更快。特别是当 $L$ 大于 6.40 $nm$ 时，我们发现 ZZGNFs 表现出金属特性。此外，我们发现 GNFs 的芳香结构似乎仅取决于系统是否具有 $4N$ 或 $4N+2$ 个电子，其中 $N$ 为整数。