石墨烯纳米带中结构与吸附原子富集的基本特性

我们利用第一性原理计算对一维石墨烯纳米带的几何、电子与磁性质进行了系统研究。这些丰富的基本特征源于化学键中的各种轨道杂化,以及边缘碳与吸附原子诱导的自旋态。具有蜂窝晶格的本征纳米带可呈现平面、弯曲、卷曲、折叠与堆叠构型。表面与边缘上的吸附原子分别产生屈曲结构与非六边形/非平面边缘。存在六种自旋依赖的电子与磁性质:非磁、铁磁与反铁磁金属,非磁半导体,以及有/无自旋分裂的反铁磁半导体。它们由能隙、电子/空穴密度、净磁矩、原子主导能带、空间电荷分布、自旋排布以及轨道与自旋投影态密度清晰地予以阐明。多样的基本特性由有限尺寸限域、边缘结构、曲率效应、层间原子相互作用、自旋构型与化学吸附之间的复杂关系所决定。理论预言可提供潜在应用中的完整信息,其中部分与近期实验测量相符。