石墨烯纳米条带紧束缚波函数与手征特性研究.pdf

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1、学校代码密级石墨烯纳米条带紧束缚波函数与手征特性研究Tight．Binding何白yefunctrionandChiralarityofGrapheneRibbons研究生姓名王书恒指导教师姓名、职称周光辉教授研究方向凝聚态理论湖南师范大学学位评定委员会办公室二零一一年五月一k，’L◆●}IIIIIIIIIIIIIUIY1912846摘要石器烯(graphene)是一种单层的蜂窝结构碳原子晶体，其特殊的几何结构和物理性质已成为凝聚态和材料研究领域的热点之一．基于碳原子轨道杂化，人们相继发现了碳G。、纳米碳管和石罨烯等碳元素的同分异构体．石器烯集纳米碳管和分子电子器件等功能于一身，具有

2、许多优异而独特的物理、化学和机械性能，引起了广泛关注．石器烯纳米条带更是石果烯研究领域中的重点，本文对石器烯纳米条带的电子结构和相应的手征特性展开讨论．利用碳原子的spz轨道杂化原理解释了石果烯蜂窝状结构的形成，在此基础上从紧束缚近似出发，计算出了跟离散的波矢护和km相关的色散关系，然后代入不同边缘形状石器烯纳米条带的边界条件，得出了了扶手椅(Armchair)型和反扶手椅(Anti-armchair)型边缘石器烯纳米条带的色散关系．在色散关系的基础上，计算了扶手椅型石罨烯纳米条带电子波函数的解析形式，并且粗略地计算了锯齿型石罢烯纳米条带的电子波函数的表达式，最后我们分别概括了两种不

3、同石墨烯纳米条带的手征特性．全文共分为五章．第一章简要介绍了石器烯晶体和石器烯纳米条带的研究历史与现状．第二章用碳原子的矿轨道杂化理论，解释了石器烯蜂窝状结构的形成机理，还简单介绍了石罢烯的实验制备及其应用．第三章我们从紧束缚近似出发，计算出了无限大石器烯平面晶体的色散关系和电子波函数，并介绍了石罨烯的一些奇异物理性能．第四章我们讨论了石罨烯纳米条带边缘形貌的分类，并把边界条件代入石器烯的色散关系和电子波函数中，计算出了扶手椅型和锯齿型石罨烯纳米条带的色散关系以及电子波函数的解析形式，并分别概括这两种石墨烯纳米条带的手征特性．第五章我们对本文的工作和特色进行了总结与归纳，并对这一研究

4、领域的发展前景作了简要的展望．关键词：石器烯纳米条带；紧束缚近似；色散关系；电子波函数LABSTRACTGraphene(singlelayerofcarbonatoms)hasbeenbecomingoneofthemosthottestsystembecauseitsspecialstructureandphysicalproperties．Basedonthecarbonorbitalhybridization．researchersdiscoveredsomeisomerssuchascarbonnanotubeandgeaphenenano-ribbon．Graphcneh

5、asthefeaturesofcarbonnanotubeandmolecularelectronicdevices，andhasmanyexcellentanduniquepllysicalchemicalandmechanicalproperties．Therefore，inthefieldofmicro-nanoelectronic，optoelectronic，spinquantumdevicesandnewcompositematerials，graphenehavsawideprospect．Thestudyofgraphenenano-ribbonshasreached

6、someachievementsinthepresent．Thisarticlewilldiscusstheelectronicstructureandthecorrespondingchiralpropertiesofgraphenenano-ribbons．Weusesp2orbitalhybridizationtheorytoexplaintheformationofhoneycombstruc-tureofgraphene．Basedonthis，weusetight-bindingapproximationtheorytocalculatcthedispersionrela

7、tedtothediscretewavevectorknand居m．Thenwesubstitutetheboundaryconditionsofgraphenenano-ribbonswithdifferentedgeshapesintothedisper-siontocalculatedispersionsinarmchairandanti-armchairgraphenenano-ribbons．Onthebasisofthedispersion，w