石墨层状硅纳米管研究

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纳米材料在本世纪已经成为“最有前途的材料”,同时,近年来第一性原理计算已经成为计算材料科学的重要基础,用第一原理计算和研究纳米材料的性质是当前的热点之一。鉴于碳纳米管的成功制备和研究,人们预测硅纳米材料可能在将来的纳米电子器件中具有极大的应用潜力。我们利用基于密度泛函理论的第一性原理计算软件SIESTA程序,对可能的石墨层状硅纳米管作了研究。主要结果如下:1.由于赝势和基函数在SIESTA计算中的重要作用,我们选取并验证了基于密度泛函理论的、用于处理硅原子和铁原子的模守恒赝势,构建并验证了在SIESTA程序中关于硅原子和铁原子的数字原子轨道基函数。2.进行了理想(5,5)及(5,0)硅纳米管的几何结构优化和电子结构计算,结果发现其键长分别在2.234 (?)和2.239 (?)之间以及2.242 (?)和2.246 (?)之间;都有能带穿过费米能级,均表现金属性。3.研究了空位对理想(5,5)硅纳米管几何结构的影响,结果发现含1%空位的硅纳米管塌缩为非管状的结构。形成对照的是,相同结构的碳纳米管的结构变化很小,仅是空位周围的键长发生了改变。4.进行了填充铁原子的理想(5,5)硅纳米管的结构优化,发现纳米管发生微小外扩,键长在2.242 (?)和2.250 (?)之间。进行了态密度的计算,发现该结构仍然是金属性。计算还得到系统的净磁矩为4.18μ_B。
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