一维无机SiC纳米条带的结构和电磁学性质研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
21103065
项目类别：
青年科学基金项目
资助金额：
25.0万
负责人：
陈巍
依托单位：
吉林大学
学科分类：
B0301.化学理论与方法
结题年份：
2014
批准年份：
2011
项目状态：
已结题
起止时间：
2012-01-01 至2014-12-31

项目参与者：
贯佳；霍瑞萍；石芝铭；姜海洋；陶婷婷；
关键词：
SiC纳米条带电磁学性质第一性原理化学修饰

项目摘要

低维的纳米材料如纳米条带、纳米管等展现了独特的电学、磁学、力学和光学性质，目前已成为基础研究领域的热点之一。从应用的角度看无机纳米条带可以作为构造基元去设计新型的多功能纳米器件。本项目运用第一性原理计算将重点研究一维SiC无机纳米条带(nanoribbons)的电学和磁学性质，通过各种化学基团的边缘修饰、具有推拉电子特性的有机物分子和聚合物等的表面修饰以及杂原子掺杂等方法去调控其带隙，丰富其电学和磁学性质，确定其结构和物性之间的关系，为实验上调控一维SiC纳米条带的物性提供可靠的理论依据。从而为科学地利用低维SiC纳米材料，尤其是在新型多功能无机纳米器件中的应用提供有价值的理论依据。

结项摘要

低维纳米材料（如纳米条带、纳米管）展现了独特的电学、磁学、力学和光学性质。本项目运用第一性原理计算重点研究了一维无机SiC纳米条带（SiCNR）的电学和磁学性质，提出了“通过利用具有推拉电子特性的化学基团的边缘修饰（如CH3、OH、NH2、CN和 NO2）”、“双卤原子（如F、Cl）的边缘修饰”、“具有不同氢化方式和比例的共价表面修饰”、“具有推拉电子特性的有机物分子（如TCNQ和TTF）等的非共价π-π表面修饰”以及“引入缺陷（如Stone-Wales）”等新方法，有效地调控了SiCNR的能带结构，突破了其实际应用中遇到的瓶颈问题（如zigzag型SiCNR铁磁态和反铁磁态能量简并不利于其实际应用）；使体系表现出铁磁性金属、铁磁性半金属、反铁磁性金属、反铁磁性半金属、自旋无带隙半导体和非磁性半导体等丰富的电磁学行为。我们分析并总结了这些方法对体系的几何结构、磁态、能带结构、态密度、电荷转移、静电势、形成能和束缚能等多方面产生的影响，揭示了其有效调控一维SiC纳米条带体系电磁学性质的微观机制，为实验上调控一维SiC纳米条带的物性提供了新思路和新方法，为推进其在新型多功能纳米器件和纳米自旋器件等领域中的实际应用提供了有价值的理论线索。此外，通过利用共价修饰、引入缺陷和杂原子掺杂等方法，我们还研究了一些低维碳基和无机BN/AlN纳米体系（SiC材料的类似物），首次提出了 “构建混合型π共轭桥”、“利用超碱金属原子构建新型Donor-Acceptor结构”、“引入三角形缺陷”和“引入额外电子”等新概念和新方法，有效地改善了这些低维纳米体系的电学、磁学以及光学性质，为基于低维纳米体系的新型电光器件的设计和实际应用提供了全新思路。