Abstract
利用密度泛函理论和非平衡态格林函数相结合的方法，我们系统地研究了边修饰Net-Y纳米带的电子结构和器件特性的应变调控效应。计算表明：本征纳米带为金属，但边缘的氢或氧原子端接能使其转变为半导体。应变能有效调控纳米带带隙的大小，适当的应变使能带结构从间接带隙转变为较小的直接带隙，这有利于光的吸收。应变也能改变纳米带的功函数，压缩应变能明显减小功函数，这有利于纳米带实现场发射功能。特别是应变能有效地调控纳米带相关器件的I-V特性，能使其开关比（Ion/Ioff ）达到10^6，据此，可设计一个机械开关，通过拉伸及压缩纳米带使其可逆地工作在“开”和“关”态之间。这种高开关比器件也许对于制备柔性可穿戴电子设备具有重要意义。
Highlights
图 1 (a) 2 维 net-Y 结构,考虑沿 X 轴方向裁剪,绿色标记为 A 型边缘,蓝色标记为 B 型边缘;(b)H-AB(10) 纳米带;(c)O-AB10 纳米带;(d)三种模型的 ELF,等值面取为 0.2|e|Å-3;(e)热稳定性 BOMD 模拟结果 Fig. 1. (a) 2D net-Y structure; (b) H-AB(10) nanoribbon; (c) O-AB10 nanoribbon; (d) The ELF to measure the probability to find electrons in a certain space, the isosurface is set as 0.2|e|Å-3; (E) BOMD simulation results for test thermal stability
图 2 (a)纳米带能带结构;(b)纳米带态密度和投影态密度分布;(c)-(e)纳米带 LCB 及 HVB 子能带的部分电 荷密度,等值面为 0.05|e| Å-3;(f)纳米带拉伸及压缩应变示意图,d1- d2 及Θ1-Θ2 为边缘键长及键角 Fig. 2. (a) Band structure; (b) The density of states and the atom-projected density of states; (c)-(e) The partial charge density of LCB and HVB, the isosurface is set as 0.05|e| Å-3; (f) Schematic of stretched and compressed nanoribbons
基于密度泛函理论的第一性原理计算方法, 我们研究了 net-Y 裁剪后 AB 型纳米带在 H 和 O 端接后的结构稳态性和应变调控下的电学及器件性质。计算结果表明这些纳米带具有良好的 能量与热稳定性,裸边纳米带呈金属性,而 H 或 O 边缘端接后都转变为半导体性。应变后可 有效调节纳米带的带隙,适当的应变能实现间接带隙到小直接带隙的转变,有利于设计光吸收 器件。应变也能改变纳米带的功函数,特别是对于压缩应变能明显减小功函数,这一特性有利 于纳米带的场发射行为。带隙的改变与成键和非键电子比重随应变变化密切相关,而功函数变 化是由于应变时原子间的吸引与排斥力的改变所致。值得关注的是,应变能有效地调控纳米带 相关器件的 I-V 特性。据此,我们可设计一个机械开关,通过拉伸及压缩纳米带使其可逆地工 作在“开”和“关”态之间,从而呈现高的开关比(Ion/Ioff)。这种器件对于制备柔性可穿戴 电子设备也许具有重要意义。
Summary
之处在于内部嵌入了周期性的 4、6 和 8 角碳环。图中黑色虚线框表示一个 net-Y 原胞,包含 图 1 (a) 2 维 net-Y 结构,考虑沿 X 轴方向裁剪,绿色标记为 A 型边缘,蓝色标记为 B 型边缘;(b)H-AB(10) 纳米带;(c)O-AB10 纳米带;(d)三种模型的 ELF,等值面取为 0.2|e|Å-3;(e)热稳定性 BOMD 模拟结果 Fig. 1. (a) 2D net-Y structure; (b) H-AB(10) nanoribbon; (c) O-AB10 nanoribbon; (d) The ELF to measure the probability to find electrons in a certain space, the isosurface is set as 0.2|e|Å-3; (E) BOMD simulation results for test thermal stability.
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