从电子结构恢复碳纳米管场发射增强因子的观测经典行为

取自表现正统的碳纳米管（CNT）场电子发射体的实验 Fowler-Nordheim 图已知为线性的。这表明，对于此类发射体，存在一个特征场增强因子（FEF），其在一定的外加电压和宏观场 $F_\text{M}$ 范围内为常数。这种常数 FEF 可通过有限元及其他方法对经典 CNT 发射体模型进行评估，但（显然与实验相反）过去若干量子力学（QM）CNT 计算得到的 FEF 值随 $F_\text{M}$ 变化。大多数此类计算的一个共同特征是仅聚焦于推导 CNT 实电荷分布。本文报道的计算使用密度泛函理论（DFT）推导实电荷分布，进而利用这些分布生成相关的感应电荷分布及相关的场和 FEF。我们分析了三种涉及不同长度 CNT 状纳米突起的碳纳米结构，并使用有限元方法模拟了几何等效的经典发射体模型。我们发现，当使用 DFT 生成的局域感应 FEF（LIFEF）时，所得值实际上与宏观场无关，且定性行为与经典 FEF 值相同。此外，经典确定的特征 FEF 与通过 DFT 方法生成的等效特征 LIFEF 之间存在尚可至良好的定量一致。尽管许多细节问题尚待探究，这似乎是联结 CNT 静电学经典理论与 QM 理论的重要一步。它还清楚地表明，对于理想 CNT，已知 FEF 值在一定宏观场范围内的实验恒定性，也可在适当发展的 QM 理论中找到。