氟化石墨烯与石墨烯纳米带的基本性质

采用第一性原理方法，对二维石墨烯和一维石墨烯纳米带中氟化所丰富的基本性质进行了系统研究。由 C-C、F-C 与 F-F 键中的显著化学键、有限尺寸量子限域以及边缘结构共同产生的联合效应，可极大丰富几何结构、电子性质与磁构型。通过详细分析，由原子主导能带、空间电荷分布与轨道投影态密度准确辨识了决定基本性质的关键轨道杂化。具有多轨道杂化的顶位 F-C 键造就了非均匀屈曲蜂窝晶格。存在 C 主导、F 主导及 (C, F) 主导的能带。氟化石墨烯依吸附原子的浓度与分布，或属于 p 型金属（含/不含铁磁自旋排布），或属于大带隙半导体（无磁性）。特别地，具扶椅/锯齿边缘的氟化石墨烯纳米带呈现五类自旋依赖性质，涵盖非磁与铁磁金属、非磁半导体，以及含/不含自旋分裂的反铁磁半导体。二维与一维系统中多样的带边态表现为态密度中丰富而独特的结构。部分理论预言与实验测量一致，其余值得进一步检验。此外，氟化产生的多样性质明确显示了其在电子与自旋电子纳米器件等各类应用中的高潜力，将详加讨论。