基于石墨烯电极的蒽醌分子器件开关特性

研究了基于石墨烯电极的蒽醌分子器件的开关特性.分别选取了锯齿型和扶手椅型的石墨烯纳米带作为电极,考虑蒽醌基团在氧化还原反应下的两种构型,即氢醌(HQ)分子和蒽醌(AQ)分子,构建了双电极分子结,讨论了氧化还原反应和不同的电极结构对蒽醌分子器件开关特性的影响.研究发现,无论是锯齿型石墨烯电极还是扶手椅型石墨烯电极,HQ构型的电流都明显大于AQ构型的电流,即在氧化还原反应下蒽醌分子呈现出显著的开关特性.同时,当选用锯齿型石墨烯电极时其开关比最高能达到3125,选用扶手椅型石墨烯电极时开关比最高能达到1538.此外,当HQ构型以扶手椅型石墨烯为电极时,在0.7-0.75 V之间表现出明显的负微分电阻效应.因此该系统在未来分子开关器件领域具有潜在的应用价值.     

FeN_3掺杂扶手椅型石墨烯纳米条带的极强电流极化和微分负导效应（英文）

本文运用第一性原理研究了FeN3掺杂扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米条带的电子结构和输运性质.结果表明,FeN3掺杂可导致两种类型的条带的能带结构发生显著变化,导致体系具有稳定的室温铁磁基态.但是,只有扶手椅型条带具有明显的负微分电导和极强的电流极化效应(接近100%).这是由于FeN3掺杂引入孤立的两条自旋向下能级,导致极强的电流极化.同时,它们与自旋向下的不同子能带的耦合强度完全不同,导致体系呈现出负微分电导行为.结果说明,通过FeN_3掺杂扶手椅型石墨烯纳米条带也可用于制备自旋电子学器件.     

BN链掺杂的石墨烯纳米带的电学及磁学特性

基于密度泛函理论第一性原理系统研究了BN链掺杂石墨烯纳米带(GNRs)的电学及磁学特性, 对锯齿型石墨烯纳米带(ZGNRs)分非磁态(NM)、反铁磁态(AFM)及铁磁性(FM)三种情况分别进行考虑. 重点研究了单个BN链掺杂的位置效应. 计算发现: BN链掺杂扶手椅型石墨烯纳米带(AGNRs) 能使带隙增加, 不同位置的掺杂, 能使其成为带隙丰富的半导体. BN链掺杂非磁态ZGNR的不同位置, 其金属性均降低, 并能出现准金属的情况; BN链掺杂反铁磁态ZGNR, 能使其从半导体变为金属或半金属(half-metal), 这取决于掺杂的位置; BN链掺杂铁磁态ZGNR, 其金属性保持不变, 与掺杂位置无关. 这些结果表明: BN链掺杂能有效调控石墨烯纳米带的电子结构, 并形成丰富的电学及磁学特性, 这对于发展各种类型的石墨烯基纳米电子器件有重要意义. 关键词： 石墨烯纳米带 BN链掺杂 输运性质 自旋极化     

边界对石墨烯量子点非线性光学性质的影响

石墨烯作为一种新型非线性光学材料,在光子学领域具有重要的应用前景,引起研究人员的极大兴趣.本文运用量子化学计算方法研究了边界引入碳碳双键(C=C)和掺杂环硼氮烷(B₃N₃)环对石墨烯量子点非线性光学性质和紫外-可见吸收光谱的影响.研究发现,扶手椅边界上引入C=C双键后,六角形石墨烯量子点分子结构对称性降低,电荷分布对称性发生破缺,导致分子二阶非线性光学活性增强.石墨烯量子点在从扶手椅型边界向锯齿型边界过渡的过程中,随着边界C=C双键数目的增加,六角形石墨烯量子点和B3N3掺杂六角形石墨烯量子点的极化率和第二超极化率分别呈线性增加.此外,边界对石墨烯量子点的吸收光谱也有重要影响.无论是石墨烯量子点还是B₃N₃掺杂石墨烯量子点,扶手椅型边界上引入C=C双键导致最高占据分子轨道能级升高,最低未占分子轨道能级的降低,前线分子轨道能级差减小,因而最大吸收波长发生了红移.中心掺杂B₃N₃环后会增大石墨烯量子点的分子前线轨道能级差,导致B3N3掺杂后的石墨烯量子点紫外-可见吸收光谱发生蓝移.本文研究为边界修饰调控石墨烯量子点非线性光学响应提供了一定的理论指导.     

FeN3掺杂扶手椅型石墨烯纳米条带的极强电流极化和微分负导效应

本文运用第一性原理研究了FeN₃掺杂扶手椅型和锯齿型石墨烯纳米条带的电子结构和输运性质. 结果表明,FeN₃掺杂可导致两种类型的条带的能带结构发生显著变化,导致体系具有稳定的室温铁磁基态. 但是,只有扶手椅型条带具有明显的负微分电导和极强的电流极化效应(接近100%). 这是由于FeN₃掺杂引入孤立的两条自旋向下能级,导致极强的电流极化. 同时,它们与自旋向下的不同子能带的耦合强度完全不同,导致体系呈现出负微分电导行为. 结果说明,通过FeN₃掺杂扶手椅型石墨烯纳米条带也可用于制备自旋电子学器件.     

以石墨烯为电极的有机噻吩分子整流器的设计及电输运特性研究

传统硅基半导体器件受到了量子尺寸效应的限制,发展分子电子学器件有可能解决这一难题.本文提出了由石墨烯电极和有机噻吩分子相结合构造分子器件的思想,建构了"石墨烯-噻吩分子-石墨烯"结构的分子器件,并运用非平衡态格林函数结合密度泛函理论的方法研究了其电输运特性.系统地分析了电子给体"氨基"和电子受体"硝基"两种取代基的位置对有机噻吩分子电输运的影响.计算表明,有机噻吩二聚物被"氨基"和"硝基"取代后会产生明显的负微分电阻效应和整流效应.进一步对产生这些效应的物理机制进行分析,发现氨基的位置可以调整负微分电阻的强弱,硝基的位置可以改变整流的方向.     

硼氮原子取代掺杂对分子器件负微分电阻效应的影响

利用基于非平衡格林函数和密度泛函理论相结合的第一性原理计算方法,研究了硼氮原子取代掺杂对三并苯分子电子输运性质的影响.计算结果表明,三并苯分子器件的电流在特定偏压区间内随电压的增加而减小呈现出负微分电阻效应,电流的峰谷之比高达5.12.用硼原子或者氮原子取代分子的中心原子后,器件0.8V以内的电流明显增加,但是负微分电阻效应减弱,相应的电流峰谷比分别降至3.83和3.61.分析认为,输运系数在特定偏压下的移动是器件负微分电阻效应的主要成因.核外电子数的差异导致硼氮原子掺杂取代可以使器件轨道及其透射峰分别向高能方向或者低能方向移动从而有效地调控了器件的低偏压下的电子传输能力和负微分电阻效应.     

石墨烯纳米带电极区N掺杂电子输运性质研究

运用密度泛函理论和非平衡格林函数结合的方法,研究电极区N掺杂对扶手椅型石墨烯纳米带电子输运特性的影响.结果表明,与本征扶手椅型石墨烯纳米带电流-电压曲线相比,宽度为7的石墨烯纳米带电流-电压曲线表现出明显的不对称性,其中心N掺杂表现强烈的整流特性,整流系数达到102数量级,且将N原子从电极区中心位置移动到边缘,整流特性减弱.研究结果表明宽度为7的扶手椅型石墨烯纳米带出现强整流现象的原因主要是负向偏压下能量窗内没有透射峰引起的,该研究结果对将来石墨烯整流器件的设计具有重要的意义.     

B原子的掺杂对富勒烯C_(32)的电子传输特性与负微分电阻效应的影响

采用基于密度泛涵理论的第一性原理和非平衡格林函数方法研究了硼原子的掺杂对于富勒稀C32分子的电子传输特性与负微分电阻效应的影响.结果显示硼原子的掺杂明显降低了C32分子的电子传输特性,却增强了分子的负微分电阻效应.分析认为,硼原子的掺杂减少了核外电子是导致分子的电子传输性能降低和负微分电阻效应增强的主要原因.本文还研究了掺杂的硼原子的个数多少对C32分子的影响.     

掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,系统研究掺杂菱形BN片的石墨烯纳米带的电子特性.掺杂使扶手椅型石墨烯纳米带（AGNRs）的带隙增大,不同位置掺杂AGNRs的带隙大小略有差异.在无磁性态,无论是否掺杂,锯齿型石墨烯纳米带（ZGNRs）都为金属.在铁磁态,掺杂使ZGNRs由金属转变为半导体.而处于反铁磁态时,无论是否掺杂,ZGNRs都为半导体,掺杂使其带隙发生改变.掺杂的AGNRs和ZGNRs的结构稳定,掺杂ZGNRs的基态为反铁磁态.掺杂菱形BN片可以有效调控GNRs的电子特性.     

Negative differential resistance behaviour in N-doped crossed graphene nanoribbons

By using first-principles calculations and nonequilibrium Green’s function technique, we study elastic transport properties of crossed graphene nanoribbons. The results show that the electronic transport properties of molecular junctions can be modulated by doped atoms. Negative differential resistance (NDR) behaviour can be observed in a certain bias region, when crossed graphene nanoribbons are doped with nitrogen atoms at the shoulder, but it cannot be observed for pristine crossed graphene nanoribbons at low biases. A mechanism for the negative differential resistance behaviour is suggested.     

Theoretical study on transport properties of a BN co-doped SiC nanotube

We investigate the electronic transport properties of silicon carbide nanotubes (SiCNT) in presence of both boron (B) and nitrogen (N) impurities. The results show that co-doping BN impurities suppresses the important negative differential resistance (NDR) property. NDR suppression is attributed to the introduction of new electronic states near the Fermi level followed by weak orbital localization. BN co-doping results in exponential current-voltage (I-V) characteristics which is in contrast to linear I-V characteristics for individual boron and nitrogen doped SiCNTs. HOMO has no contribution from B impurity, whereas, LUMO has contribution from N impurity at low and high bias.     

B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯及缺陷石墨烯对Na原子的吸附行为。主要研究了三种石墨烯：本征石墨烯、B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯。结果表明,与本征石墨烯相比,B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯在吸附能、电荷密度、态密度和储钠量方面表现出很大的差异。B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能是-1.93 eV,约为本征石墨烯对Na原子吸附能的2.7倍;与本征石墨烯相比,N掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能明显增大。态密度计算结果表明,Na原子与B掺杂的石墨烯中的B原子发生轨道杂化,而本征石墨烯和N掺杂的石墨烯中不存在轨道杂化现象。B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附量是3个,与本征石墨烯相比显著提高。因此,B掺杂的石墨烯有望成为一种新型的储钠材料。     

B、N掺杂对钠在石墨烯上吸附性能的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了本征石墨烯及缺陷石墨烯对Na原子的吸附行为.主要研究了三种石墨烯:本征石墨烯、B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯.结果表明,与本征石墨烯相比,B掺杂的石墨烯和N掺杂的石墨烯在吸附能、电荷密度、态密度和储钠量方面表现出很大的差异.B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能是-1.93 e V,约为本征石墨烯对Na原子吸附能的2.7倍;与本征石墨烯相比,N掺杂的石墨烯对Na原子的吸附能明显增大.态密度计算结果表明,Na原子与B掺杂的石墨烯中的B原子发生轨道杂化,而本征石墨烯和N掺杂的石墨烯中不存在轨道杂化现象.B掺杂的石墨烯对Na原子的吸附量是3个,与本征石墨烯相比显著提高.因此,B掺杂的石墨烯有望成为一种新型的储钠材料.     

The effects of spin-filter and negative differential resistance on Fe-substituted zigzag graphene nanoribbons

Using the first-principle calculations, we investigate the spin-dependent transport properties of Fe-substituted zigzag graphene nanoribbons (ZGNRs). The substituted ZGNRs with single or double Fe atoms, distributing symmetrically or asymmetrically on both edges, are considered. Our results show Fe-substitution can significantly change electronic transport of ZGNRs, and the spin-filter effect and negative differential resistance (NDR) can be observed. We propose that the distribution of the electronic spin-states of ZGNRs can be modulated by the substituted Fe and results in the spin-polarization, and meanwhile the change of the delocalization of the frontier molecular orbitals at different bias may be responsible for the NDR behavior.     

Contact position and width effect of graphene electrode on the electronic transport properties of dehydrobenzoannulenne molecule under bias

By applying nonequilibrium Green?s function formalism in combination with density functional theory, we have investigated the electronic transport properties of dehydrobenzoannulenne molecule attached to different positions of the zigzag graphene nanoribbons (ZGNRs) electrode. The different contact positions are found to drastically turn the transport properties of these systems. The negative differential resistance (NDR) effect can be found when the ZGNRs electrodes are mirror symmetry under the xz midplane, and the mechanism of NDR has been explained. Moreover, parity limitation tunneling effect can be found in a certain symmetry two-probe system and it can completely destroy electron tunneling process. The present findings might be useful for the application of ZGNRs-based molecular devices.     

B/N掺杂类直三角石墨烯纳米带器件引起的整流效应

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法, 研究了硼(氮)非对称掺杂类直三角石墨烯纳米带器件的电子输运性能. 计算结果表明: 单个硼或氮原子取代类直三角石墨烯纳米带顶点的碳原子后, 增强了体系的电导能力, 并且出现了新颖的整流效应. 分析表明: 这是由于硼氮掺杂类直三角石墨烯纳米带器件在正负偏压下分子能级的移动方向和前线分子轨道空间分布的不对称而产生的. 最重要的是, 当左右类直三角石墨烯纳米带的顶端原子同时被硼和氮掺杂后, 体系的整流效应显著增强, 而且出现负微分电阻效应.     

三层石墨烯及其n型和p型插层化合物的制备和拉曼光谱表征

我们利用微机械剥离方法制备了三层石墨烯.在此基础上,利用两室气体传输法,以三氯化铁和钾为化学掺杂剂,成功合成了三层石墨烯的一阶p型和n型插层化合物.三层石墨烯的高分辨率拉曼光谱具有独特的2D谱峰线形,该线形可以用作指纹来鉴别三层石墨烯.三层石墨烯一阶插层化合物的拉曼光谱表明,三氯化铁和钾的插层掺杂使得三层石墨烯的层间耦...     

Electronic transport for pristine and doped crossed graphene nanoribbon junctions with zigzag interfaces

Using the fully self-consistent non-equilibrium Green?s function (NEGF) method combined with density functional theory, we investigate numerically the electronic transport property for pristine and doped crossed graphene nanoribbon (GNR) junctions. It is demonstrated that in the case of zigzag interfaces, the I–V characteristics of the junction with or without doping always show semiconducting behavior, which is different from that in the case of armchair interfaces [Zhou, Liao, Zhou, Chen, Zhou, Eur. Phys. J. B 76 (2010) 421]. Interestingly, negative differential resistance (NDR) behavior can be clearly observed in a certain bias region for nitrogen-doped shoulder crossed junction. A mechanism for the NDR behavior is suggested.     

Effects of bonded and non-bonded B/N codoping of graphene on its stability,interaction energy,electronic structure,and power factor

We model boron and nitrogen doped/codoped monolayer graphene to study its stability, interaction energy, electronic and thermal properties using density functional theory. It is found that a doped graphene sheet with non-bonded B or N atoms induces an attractive interaction and thus opens up the bandgap. Consequently, the power factor is enhanced. Additionally, bonded B or N atoms in doped graphene generate a repulsive interaction leading to a diminished bandgap, and thus a decreased power factor. We emphasis that enhancement of the power factor is not very sensitive to the concentration of the boron and nitrogen atoms, but it is more sensitive to the positions of the B or N atoms in ortho, meta, and para positions of the hexagonal structure of graphene. In the B and N codoped graphene, the non-bonded dopant atoms have a weak attractive interaction and interaction leading to a small bandgap, while bonded doping atoms cause a strong attractive interaction and a large bandgap. As a result, the power factor of the graphene with non-bonded doping atoms is reduced while it is enhanced for graphene with bonded doping atoms.