Role of vacancies in the magnetic and electronic properties of SiC nanoribbons: an ab initio study
采用基于密度泛函理论的从头计算方法，研究了空位对锯齿形SiC纳米带（Z-SiCNR）的电磁性质的影响.观察到单空位（V_C和V_Si）和双空位（V_SiV_Si和V_SiV_C）在Z-SiCNR中诱导磁性。单一V_Si的存在并不影响Z-SiCNR的半金属行为，但由于边缘Si p轨道和空位周围的原子，单一V_C导致Z-SiCNR从半金属行为转变为金属行为。研究了空位与杂质原子（B和N）的相互作用，发现V_SiN_C不仅抑制了V_SiV_C的振荡型磁性，而且保留了原始Z-SiCNRs的半金属性质。空位的缺陷形成能可以通过替代B和N原子而降低。我们认为，铁磁性是预期的，如果Z-SiCNR生长在合适的条件下。
2013-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Boron and nitrogen impurities in SiC nanoribbons: an ab initio investigation
采用基于密度泛函理论的从头计算方法，对碳化硅（SiC）纳米带中的替位式硼和氮杂质进行了理论研究。我们考虑了锯齿形和扶手椅边缘的氢终止SiC带。在这两个系统中，我们验证了硼和氮原子积极地倾向于本地化的纳米带的边缘。然而，虽然硼优先取代硅原子，但氮优先占据碳位点。此外，我们的电子结构计算表明，（i）取代的硼和氮杂质不影响扶手椅型SiC纳米带的半导体特性，和（ii）锯齿形纳米带的半金属行为保持在取代的硼杂质的存在下。相反，占据边缘碳位点的氮原子将半金属锯齿形纳米带转变为金属系统。
2011-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio calculations of electron affinity and ionization potential of carbon nanotubes
采用从头算全电子定域轨道方法和赝势平面波方法计算了（5，5）和（7，0）单壁碳纳米管的电子亲和势（EA）和电离势（IP）.通过比较几个氢钝化和未钝化的纳米管段，分析了有限尺寸效应和纳米管终止所起的作用。的EA和IP上的量子限制效应，由于纳米管的有限长度，和边缘上的电荷积累的依赖关系，进行了详细的研究。此外，在增加纳米管长度时，将EA和IP分别与最低未占据状态和最高占据状态的能量进行比较。我们报告一个缓慢的收敛相对于原子的数量。最终阐明了纳米管阵列中纳米管堆积对电子性质的影响与管间距的关系。
2008-01-13 cond-mat.mtrl-sci
Excitonic effects in the optical properties of SiC sheet and nanotubes
采用从头算多体方法，分别采用GW方法和GW +BSE方法，研究了锯齿形和扶手椅形单壁SiC纳米管（SiC-NTs）以及SiC单晶片的准粒子能带结构和光学性质.通过局域密度近似（LDA）计算，发现GW准粒子对Kohn-Sham带隙的修正大于1.0eV，GW自能修正使SiC片从间接LDA带隙转变为直接带隙。此外，具有不同手性的SiC-NTs的准粒子带隙作为管径的函数表现得非常不同，这可以归因于不同手性纳米管之间的曲率诱导轨道再杂化的差异。计算的光学吸收光谱主要由离散激子峰，由于激子状态与大的结合能高达2.0 eV的SiC片和SiC-NTs。强束缚激子的形成归因于这些低维系统中增强的电子-空穴相互作用。值得注意的是，激子波函数的激发电子振幅被发现在Z字形SiC-NT中的空穴位置（其在C位点上）附近的Si原子上达到峰值，表明通过光激发从阴离子（空穴）到其邻近阳离子的电荷转移。相反，这种明显的峰结构消失在扶手椅型SiC-NTs的激子波函数。此外，在扶手椅型SiC-NTs中，束缚激子波函数更局域化，并且也具有强的圆柱非对称性。
2011-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of H2 in Li-doped carbon nanotube systems
由于其独特的结构，已经提出碳纳米管绳可以很好地提供用于储存分子氢的理想容器。实际上，在掺杂的Li和其它碱金属体系中存在增强的氢吸收的一些实验证据[Chen等人，Science 285，91（1999）]。因此，我们已经解决了这个问题的储氢锂掺杂的石墨和碳纳米管系统的理论与从头计算模拟。我们的研究结果没有发现证据，这种增强存储，基于诱导的结构变化。此外，我们还研究了氢进入纳米管内部的扩散障碍，在存在和不存在拓扑缺陷。即使使纳米管内部可接近，氢吸收仍然适度，即，小于3.5重量%。因此，机械或化学处理纳米管不太可能导致储氢量大幅增加。
2006-08-18 cond-mat.mtrl-sci
Graphene on the C-terminated SiC (000 $\bar{1}$) surface: An ab initio study
采用从头计算方法研究了SiC（000 $\bar{1}$）表面的$(2\times2)$重构层上石墨烯层的原子和电子结构.与（0001）面不同，这里没有发现C缓冲层。Si吸附原子钝化衬底表面，使得第一个C层呈现石墨烯的线性分散特性。小的石墨烯-基底相互作用保持与扫描隧道实验一致（F.Hiebel等人{ \it Phys. Rev. B} { \bf 78} 153412（2008））。堆叠几何形状的相互作用，解释了在这个面上观察到的旋转无序的影响很小。
2009-02-10 cond-mat.mtrl-sci
Single- and double-wall carbon nanotubes fully covered with tetraphenylporphyrins: Stability and optoelectronic properties from ab-initio calculations
采用色散校正的从头计算方法研究了四苯基卟啉非共价修饰的单壁和双壁碳纳米管的光电性质。考虑了五种具有不同手性的CNT物种。我们发现最稳定的构型是那些碳纳米管完全被TPP覆盖的构型，表现出约2 eV/TPP的结合能。半导体CNT-TPP化合物显示出光学响应，其特征在于与TPP带相关的强吸收，随着TPP浓度的增加强度增加。此外，分子动力学模拟表明，该化合物在高达100 $^{\circ}$ C的温度下是稳定的。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of the migration of intrinsic defects in 3C-SiC
采用基于密度泛函理论的从头算方法研究了3C-SiC中本征缺陷的扩散。空位迁移到自己的子晶格。碳分裂间隙和两个相关的硅间隙，即四面体碳协调间隙和<110>定向分裂间隙，被发现是远比空位更流动。在p型和补偿材料中转变成空位-反位复合物的硅空位的亚稳性在动力学上抑制其对扩散过程的贡献。分析了杂质和空位在自扩散中的作用。定性地讨论了掺杂剂扩散的后果。我们的分析强调了基于硅和碳材料的机制的相关性。
2003-09-30 cond-mat.mtrl-sci
A systematic ab-initio study of curvature effects in carbon nanotubes
通过第一性原理计算，研究了曲率对锯齿形纳米管几何参数、能量和电子结构的影响。计算得到的曲率能与半径的平方成反比，与经典弹性理论符合得很好。发现带隙随半径的变化不同于基于区域折叠石墨烯带的简单规则。详细讨论了小纳米管的带隙值的紧束缚和第一性原理计算之间的巨大差异。
2002-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study of Graphene on SiC
采用密度泛函计算，我们研究了单，双石墨烯层的Si和C-终止的1x 1 - 6 H-SiC表面。我们表明，与早期的假设相反，第一碳层是共价键合到基板上，不能负责实验观察到的石墨烯型电子光谱。独立式石墨烯的特征光谱与第二碳层一起出现，其表现出与底层结构的弱范德华键合。对于Si终止的衬底，界面是金属的，而在C面上，对于单个或双石墨烯覆盖，界面分别是半导体或半金属的。
2007-04-16 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of semiconducting carbon nanotubes adsorbed on the Si(100) surface: diameter- and registration-dependent atomic configurations and electronic properties
我们提出了半导体碳纳米管吸附在未钝化的Si（100）表面的第一性原理研究。我们已经发现金属性的组合系统所造成的n-掺杂的硅板代表的表面由单壁碳纳米管。我们确认这种金属性的纳米管的不同直径和手性角，并发现效果是独立的表面上的纳米管的取向。我们还提出了吸附能量和配置，显示半导体单壁碳纳米管远离表面和转移较少的电荷，与类似直径的金属单壁碳纳米管相比。
2006-06-22 cond-mat.mtrl-sci
Electron backscattering from stacking faults in SiC by means of \textit{ab initio} quantum transport calculations
我们利用密度泛函理论量子输运计算方法研究了3C-和4 H-SiC中单个和多个层错的相干背散射现象。我们发现，SF引起的价带和导带内的高色散带，可以区分为他们的增强的状态密度在特定的波数子空间。随之而来的局部扰动电位显着散射传播的电子波，并强烈增加$n$掺杂系统的电阻。我们认为，从SF的共振散射应该是在碳化硅器件操作的主要退化机制之一。
2012-06-28 cond-mat.mtrl-sci
Theory and it ab initio calculation of radiative lifetime of excitons in semiconducting carbon nanotubes
本文对半导体碳纳米管中激子的辐射寿命进行了理论分析和第一性原理计算。的顺序为10 ps的固有寿命计算的最低光学活性的亮激子。然而，本征寿命是激子动量的快速增加的函数。此外，纳米管的电子结构决定了暗激子的存在，暗激子的能量在每个亮激子附近。这两种效应强烈影响测量寿命。假设一个热占领的明亮和黑暗的激子带，我们发现在室温下的有效寿命为10纳秒的顺序，与最近的实验符合得很好。
2005-07-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin-filtering and Disorder Induced Giant Magnetoresistance in Carbon Nanotubes: Ab Initio Calculations
氮掺杂的碳纳米管可以在卟啉类缺陷上提供反应位点。众所周知，许多卟啉化合物中含有过渡金属原子，我们探索了氮掺杂碳纳米管中过渡金属原子与卟啉类缺陷的键合。用密度泛函理论和递归格林函数方法分析了体系的电子结构和输运性质。结果确定血红素B样缺陷（铁原子键合到四个氮）是最稳定的，并且对于单个缺陷具有更高的极化电流。在几百纳米长的纳米管中随机定位的血红素B缺陷的情况下，极化达到接近100%，这意味着有效的自旋过滤器。在这些长纳米管中还观察到无序感生的磁电阻效应，用非磁性电极计算的值高达20000%。
2011-07-25 cond-mat.mtrl-sci
Excitons in carbon nanotubes: an ab initio symmetry-based approach
采用考虑激子效应的从头算多体方法计算了碳（4，2）纳米管的光吸收谱。我们开发了一种新的方法，涉及一个局部基组是对称的螺旋对称的管。这种方法的优点是缩放速度比平面波方法，并允许精确确定的对称性特征的单粒子状态，两粒子激发，和选择规则。最低光学活性态的结合能约为0.8 eV。相应的激子波函数沿管的圆周离域，并在管轴的方向上本地化。
2004-05-10 cond-mat.mtrl-sci
Energetics and bonding properties of the Ni/$β$-SiC (001) interface: an ab-initio study
采用高精度的第一性原理全电子FLAPW方法研究了Ni单分子层在$β$ -SiC（001）表面的吸附.总能量计算的Si-和C-终止表面显示高Ni-SiC吸附能，相对于其他金属，确认强反应性和稳定性的过渡金属/SiC界面。这些高结合能，约7.3-7.4 eV，显示与强的$p$ - $d$杂化有关，这对于表面终止和不同的吸附位点是共同的，尽管存在大的失配，但可以稳定覆盖层生长。详细分析了成键机理、表面态杂化、电荷转移和表面核能级移动，揭示了成键的强共价性。适当的会计后的Madelung长期，核心水平的转变是遵循电荷转移的趋势。
2001-02-21 cond-mat.mtrl-sci
Broad boron sheets and boron nanotubes: An ab initio study of structural, electronic, and mechanical properties
基于数值从头算研究，我们讨论了一个结构模型的宽硼片，这是一个单一的石墨片的模拟，和硼纳米管的前体。该片材具有仅沿其扶手椅方向的sp杂化σ键的线性链、高刚度和各向异性键特性。纸张的起皱被解释为一种稳定sp σ键的机制。硼片的各向异性键合特性导致二维参考晶格结构，其为矩形而不是三角形。因此，相关硼纳米管的手性角范围为0至90度。由于硼片的电子性质，我们证明，所有相关的硼纳米管是金属，无论其半径和手性角，我们还假设存在的螺旋电流在理想的手性纳米管。此外，我们表明，硼纳米管的应变能将取决于它们的半径，以及对它们的手征角。这在纳米管系统中是一个相当独特的性质，它可能是纳米技术中不同类型的结构控制的基础。
2006-06-20 cond-mat.mtrl-sci
Ab-initio structural, elastic, and vibrational properties of carbon nanotubes
采用从头算方法研究了不同半径和手性的单壁碳纳米管的结构、弹性和振动性质。我们使用SIESTA，赝势密度泛函理论的一种实现，它允许每个细胞具有大量原子的系统上的计算。不同的数量，如键距，杨氏模量，泊松比和不同的声子分支的频率与管半径进行监测。基于石墨的期望的有效性进行了探讨，小半径，出现一些偏差与曲率效应。对于声子谱，结果与简单的带折叠近似的预测进行了比较。除了在低频振动区域这种近似的已知偏差之外，它提供了相当精确的结果，即使对于相对较小的半径。
1998-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium transport equations and ab initio study of adsorption processes on carbon nanotubes
在碳纳米管（CNT）上气体吸附的理论研究中，原子的电离、极化、表面扩散和解吸的非平衡过程被认为是自洽的。该方法是基于Zubarev的非平衡统计算子方法和反应扩散理论。的一组非线性输运方程得到所选择的参数的描述：吸附的原子，电离和极化的原子在CNT的电磁场的平均数，和从CNT表面解吸的原子的平均数。从头算模拟进行了“气体单壁碳纳米管”系统的气体特别实际的利益：他和NO。所获得的吸附能值揭示了优选的本地化网站的吸收He原子以及它们的依赖关系的吸附距离。一个显着的影响，NO吸附CNT的电子性质的证明。分析了空位的存在对吸附性质的影响。结果表明，在空位形成的影响下，CNT结构进行重建，使NO分子的化学吸附。
2014-12-03 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and formation of NV centers in 3C, 4H and 6H SiC: an \emph{ab initio} study
近年来，固体中的荧光顺磁缺陷已成为量子信息处理的一个有吸引力的系统。主要的竞争者之一是具有可见光发射的金刚石中的带负电荷的氮空位缺陷，但在技术成熟的宿主中的替代解决方案是该领域许多应用的直接追求。最近已经发现，作为具有晶片级技术的标准半导体的碳化硅（SiC）的各种多型体可以承载氮空位缺陷（NV），其可以是具有近红外区域中的发射的替代量子位候选者。然而，人们对这种缺陷的了解比钻石中的缺陷少得多。多型体内的不等价位点和多型体变体提供NV缺陷家族。然而，有一个不足的知识，这些配置的磁光特性。在这里，我们进行密度泛函理论计算，以表征的NV缺陷的许多形式在最常见的多型体的SiC，包括3C，4H和6H，我们也提供了新的实验数据在4H SiC。我们的计算介导的SiC多型体中的单个NV量子位的识别。此外，我们还讨论了SiC中NV缺陷的形成过程，给出了SiC中NV缺陷的详细电离能，揭示了SiC中NV缺陷电离的临界光学激发能。我们的计算揭示了用理想的纺丝浴在SiC中产生NV缺陷的挑战。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Magnetic response of carbon nanotubes from ab initio calculations
我们提出{ \it从头计算}的磁化率和$^{13}$ C化学位移的碳纳米管，孤立和束。这些计算是使用最近提出的规范，包括投影仪增广波的方法在周期性绝缘系统的磁响应的计算。我们专注于半导体锯齿形纳米管的直径范围从0.6到1.6 nm。磁化率和各向同性位移都表现出与管的直径（D）和手性的依赖性（尽管这种依赖性对于磁化率更强）。各向同性位移的行为渐近为$α/D + 116.0$，其中$α$是每个纳米管族的不同常数。对于约1.2 nm的管直径，通常在实验样品中发现的值，我们的结果与实验非常吻合。此外，我们还计算了双壁管的化学位移。我们发现，由于外管的影响，对应于内管原子的各向同性线的抗磁位移。这种变化与最近的实验结果非常吻合，并且可以很容易地用外管中的退磁电流来解释。
2005-10-07 cond-mat.mtrl-sci
Contact Dependence of Carrier Injection in Carbon Nanotubes: An Ab Initio Study
我们结合从头算密度泛函理论与运输计算提供了一个微观的基础区分良好和不良的金属接触纳米管。比较Ti和Pd作为不同的接触金属的例子，我们追溯到Pd的金属纳米管杂化的性质所观察到的优越性。基于大规模的Landauer输运计算，我们建议，“最佳”的金属纳米管的接触结合了一个弱的杂交与金属和纳米管之间的大接触长度。
2006-03-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio Study of Aspirin Adsorption on Single-walled Carbon and Carbon Nitride Nanotubes
利用密度泛函理论研究了乙酰水杨酸和阿司匹林在（10，0）碳纳米管（CNT）和（8，0）三嗪基石墨氮化碳纳米管（CNNT）上的吸附性质.据发现，阿司匹林分子结合更强的CNNT与其吸附能为0.67 eV比与CNT与0.51 eV。碳纳米管上较强的吸附能归因于其N原子的高反应性和高电子亲合势。的CNNT表现出当地的电偶极矩，这会导致强烈的电荷重新分配的阿司匹林分子吸附在CNNT上比在CNT上。我们还探讨了外部电场对阿司匹林在这些纳米管上的吸附性能的影响，通过检查其电子能带结构，部分态密度和电荷分布的修改。研究发现，沿特定方向施加的电场在CNNT的间隙区域诱导阿司匹林分子态，这意味着阿司匹林检测的潜在应用。
2016-04-19 cond-mat.mtrl-sci
A correlated ab initio treatment of the zinc-blende wurtzite polytypism of SiC and III-V nitrides
采用从头计算方法研究了SiC、AlN、GAN和InN在锌掺杂和纤锌矿结构中的基态性质。对于计算的自洽场部分，使用Hartree-Fock程序Crystal。使用耦合集群的方法与单，双激发相关的贡献进行评估。这是通过增量的本地化债券轨道和对和三重这样的债券。比较了锌-尖晶石和纤锌矿结构的基态能量：在Hartree-Fock水平上，锌-尖晶石结构比纤锌矿结构更稳定，尽管与纤锌矿结构的能量差很小，这表明了实验观察到的多型性。对于III-V族氮化物的纤锌矿结构被发现是显着更稳定的比锌-尖晶石结构。电子关联不改变Hartree-Fock基态结构，但能量差扩大了40%。虽然Hartree-Fock晶格参数与实验符合得很好，但Hartree-Fock结合能仅为实验值的45%至70%。包括电子相关，我们恢复所有化合物的实验内聚能的92%左右。
1997-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Strain energy calculations of hexagonal boron nanotubes: An ab-initio approach
用从头计算方法研究了小直径六方硼纳米管的曲率效应。所考虑的硼纳米管的构象即扶手椅（3，3），锯齿形（5，0）和手性（4，2），分别由12，20和56个原子组成。应变能的评估，以检查曲率效应。结果表明，六边形BNT的应变能强烈依赖于半径，而三角形BNT的应变能依赖于半径和手性。
2013-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Epitaxial graphene transistors on SiC substrates
本文描述了使用碳，特别是SiC上的外延石墨烯作为活性物质制造的顶栅晶体管的行为。在过去的十年中，研究已经确定碳基电子产品是硅基电子产品的可能替代品。这种热情是由高碳纳米管载流子迁移率激发的。然而，纳米管的生产、放置和控制都是严重的问题。石墨烯是一种石墨碳薄片，可以克服其中的一些问题，因此是一种有前途的新型电子材料。虽然石墨烯器件以前已经建立，但在这项工作中，我们提供了完全使用标准微电子方法生产的大量晶体管阵列的首次演示和系统评估。石墨烯器件具有高k电介质，迁移率高达5000 cm 2/Vs，Ion/Ioff比高达7，并进行了系统分析，以深入了解衬底特性。典型的石墨烯，这些微米级器件具有可忽略的带隙，因此具有大的漏电流。
2008-01-17 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of transport properties in defected carbon nanotubes: an O(N) approach
结合从头算模拟和线性标度格林函数技术被用来分析长（高达一微米）的碳纳米管与现实的混乱的输运性质。利用局域轨道第一性原理Fireball程序，分析了单壁扶手椅型碳纳米管的能量学和单缺陷（单空位和双空位）对电子和输运性质的影响.高效的O（N）格林函数技术框架内的Landauer-Buttiker形式主义允许统计研究的纳米管电导平均超过一个大样本的缺陷管，从而提取的纳米管本地化长度。零和室温的情况下，解决。
2008-01-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Noncovalent functionalization of carbon nanotubes and graphene with tetraphenylporphyrins: Stability and optical properties from ab-initio calculations
通过密度泛函理论计算，包括对色散相互作用的修正，研究了单壁碳纳米管（CNTs）和四苯基卟啉（TPP）非共价功能化石墨烯的稳定性、电子和光学性质.我们研究了TPP在42种CNT物种上的物理吸附，特别是那些具有手性指数（$n$，$m$）的CNT物种，其中$5 \leq n \leq 12$和$0\leq m\leq n$。我们的研究结果表明，TPP和CNT表面之间有相当强的$π$ - $π$相互作用，结合能范围为1.1至1.8 eV，其中较高的能量可以与增加CNT直径相关。我们还发现，TPP的光学双折射不会受到CNT直径或手性的影响。石墨烯上TPP物理吸附的结果显示出显著的稳定性，结合能为3.2 eV，在$π$堆叠的TPP吸收带上引起小的红移。强石墨烯-TPP相互作用还诱导从TPP到石墨烯的电荷转移，表明$n$型掺杂机制而不损害石墨烯结构。
2015-05-31 cond-mat.mtrl-sci
Ab Initio Calculations of the Walls Shear Strength of Carbon Nanotubes
用密度泛函方法计算了双壁碳纳米管（DWNT）中壁间相互作用能量与壁相对位置的关系。这种依赖性用于评估壁的相对伸缩运动所需的力，并计算壁沿纳米管轴的相对滑动和壁围绕该轴的相对旋转的DWNT的剪切强度。实验验证所获得的结果的可能性进行了讨论。
2009-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Influence of chemical vapor deposition conditions on N incorporation ratio on vicinal 4H-SiC(000-1) surface: Ab Initio-based approach
Kyushu University（九州大学）；Research Institute for Applied Mechanics, Kyushu University（九州大学应用力学研究所）；NuFlare Technology Inc.（纽弗莱科技有限公司）；Tohoku University（东北大学）
本研究通过从头算方法，揭示了CVD中C/Si比超过1.0时台阶边缘状态转变导致邻晶面4H-SiC(000-1)上氮掺入不连续增加的现象。
2026-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Polarons in Carbon Nanotubes
我们使用从头算总能量计算来预测半导体碳纳米管（CNTs）中极化子的存在。我们发现，碳纳米管的带边能量线性变化和弹性能量增加的平方与径向和轴向扭曲，导致极化子的自发形成。使用连续介质模型参数化的从头计算，我们估计电子和空穴极化子的长度，能量和有效质量，并分析其复杂的依赖于碳纳米管的几何形状。极化子效应最近观察到的碳纳米管的机电行为的影响进行了讨论。
2001-02-20 cond-mat.mtrl-sci
{\textit{Ab initio} determination of pseudospin for paramagnetic defects in SiC
固体中的顺磁性点缺陷可能会表现出一系列有趣但尚未完全解决的物理现象。特别地，这些缺陷中的波函数和电子-声子耦合的特性可能高度影响它们与外部磁场的相互作用。通过\textit{ab initio}计算，我们在六方碳化硅（SiC）中的钒和钼缺陷上证明了电子轨道、声子和电子自旋之间的复杂相互作用决定了系统的有效赝自旋。在这个快速通信中，我们发现一个巨大的各向异性的$g$张量的这些缺陷与Kramers二重自旋基态，导致减少和消失的相互作用与磁场在平行和横向方向，分别。简要讨论了这些缺陷在量子信息处理中的应用。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Torsional strain engineering of transition metal dichalcogenide nanotubes: An ab initio study
研究了扭转变形对单壁过渡金属二硫属化物（TMD）纳米管电子性质的影响。特别是，考虑到45个选择扶手椅和锯齿形TMD纳米管，我们进行了自适应Kohn-Sham密度泛函理论计算，以确定扭曲的带隙和载流子的有效质量的变化。我们发现，金属纳米管保持这样，即使在变形后，而半导体纳米管的经验减少带隙扭曲-原来直接带隙变成间接-导致半导体到金属的过渡。此外，空穴和电子的有效质量随着扭曲度的增加而不断减小和增加，导致了n型到p型半导体的转变.我们发现，这种行为可能是由于金属和硫族元素原子中的轨道的再杂化，而不是它们之间的电荷转移。总的来说，扭转变形是设计半导体TMD纳米管电子特性的一个强大途径，可应用于传感器和半导体开关等设备。
2021-06-08 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nature and strength of bonding in a crystal of semiconducting nanotubes: van der Waals density functional calculations and analytical results
通过从头计算和解析近似，纳米管之间的色散相互作用进行了研究。范德华密度泛函（vdW-DF）[物理评论快报。92，246401（2004）]用于确定和比较一对纳米管以及纳米管晶体中的结合。为了分析相互作用并确定形态的重要性，我们还将从头算计算的结果与我们对一对分离良好的纳米管获得的简单分析结果进行了比较。与传统的密度泛函理论计算相反，vdW-DF研究预测了管间vdW键合的强度与最近观察到的石墨层间结合一致。它还产生了纳米管壁到壁的分离，这与实验非常一致。此外，我们发现，vdw-DF结果的纳米管晶体的结合能可以近似的纳米管对相互作用的总和时，这些计算在vdw-DF。这一观察结果提出了一个框架，用于有效地实现更一般的纳米管束，包括纳米管纱线和绳结构的CNT捆绑的量子物理建模。
2008-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio simulations of excited carrier dynamics in carbon nanotubes
结合电子的含时密度泛函计算和离子的分子动力学模拟，我们研究了（3，3）碳纳米管中激发态载流子在不同温度下的动力学行为.在HV=6.8 eV的光激发之后，载流子衰减最初由有效的电子-电子散射主导。在室温下，激发能隙在~230 fs后减小到其初始值的近一半，其中与声子的耦合开始主导衰变。我们发现，在声子制度的起始点和阻尼率的变化与初始离子速度，温度依赖的电子-声子耦合的表现。
2006-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study of spin-dependent transport in carbon nanotubes with iron and vanadium adatoms
我们提出了一个从头计算研究的自旋相关的运输扶手椅型碳纳米管与过渡金属吸附，铁或钒。我们忽略了管的曲率的影响和模型的周期性边界条件的石墨烯纳米管。采用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法计算了其电子结构和零偏压电导。吸附物的存在导致一个强烈的散射电子的一个自旋类型。的散射被示出是由于耦合的两个扶手椅带状态的金属3d轨道与匹配的对称性，导致法诺共振出现在传输函数的下降。被分散的自旋类型（多数/少数）取决于吸附质，并解释在d-状态填充。使用一个简单的紧束缚模型，然后使用它来调查的依赖性的传输的纳米管的宽度的结果进行定性再现。我们发现，随着管尺寸的增加，透射下降的宽度减小。
2008-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Band gap unification of partially Si-substituted single wall carbon nanotubes
用LDA平面波能带结构计算方法研究了一组原始单壁SiC纳米管、Si取代的碳纳米管和SiC片的原子和电子结构。碳原子被Si连续取代导致金属（8，8）SWCNT的能谱中的带隙开口，其中带隙对Si浓度具有近似二次依赖性。对于半导体（10，0）SWCNT的相同取代导致在约25%的Si浓度下的带隙最小值（0.27eV）。在12- 18%的Si浓度区域中，两种类型的纳米管在γ-γ点处具有小于0.5eV的直接带隙。对手性（8，2）SWSi_（0.15）C_（0.85）NT系统的计算给出了类似的（0.6 eV）直接带隙。与随机分布相比，Si原子在原子晶格中的规则分布在能量上优选约0.1 eV/原子。与时间相关的DFT计算表明，硅取代充分增加（大约由一个数量级）的总概率的光学跃迁在近红外区域，这是由于在金属单壁碳纳米管的直接带隙的开放，统一的性质和能量的带隙的所有单壁碳纳米管物种，大的<Si3p |r| Si3s>径向积分值和参与的Si 3d状态的化学键在价带和电导带。
2007-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Ab initio study on the electromechanical response of Janus transition metal dihalide nanotubes
本研究基于Kohn-Sham密度泛函理论，探讨了Janus过渡金属二卤化物纳米管在拉伸与扭转形变下的电子响应，发现带隙随应变呈特定规律变化且与面内d轨道贡献相关。
2022-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Strain engineering of Zeeman and Rashba effects in transition metal dichalcogenide nanotubes and their Janus variants: An ab initio study
该研究通过含自旋-轨道耦合的第一性原理DFT模拟，揭示轴向与扭转变形对TMD及Janus纳米管Zeeman、Rashba劈裂的调控规律。
2023-07-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Ab initio study of the relationship between spontaneous polarization and p-type doping in quasi-freestanding graphene on H-passivated SiC surfaces
通过在SiC表面和石墨烯之间插入氢层而获得的准自立式石墨烯（QFG）被认为是用于开发基于石墨烯的技术的优秀候选者。此外，最近提出的直接等效的$p$型掺杂通常发现这些系统和自发极化（SP）相关联的特定SiC多型体之间，打开的可能性调谐的狄拉克锥中的载流子的数量，而不需要外部栅极电压。然而，缺乏可以在原子尺度上确认SP的效果的第一性原理计算，这主要是由于难以将诸如SP的本体性质与表面限制的石墨烯掺杂相结合。在这里，我们开发了一种基于标准的密度泛函理论（DFT）板计算的方法，以量化的SP上的QFG掺杂水平的影响。首先，我们提出了一个准确的计划来估计SP利用板的偶极矩与其厚度的依赖关系。接下来，并且为了规避与极性板几何形状相关联的DFT缺点，在板的C端接的底部处附接双金层，其引入金属诱导的间隙状态，该间隙状态钉扎间隙内的化学势，从而允许不同多型体之间的QFG掺杂的有意义的比较。此外，通过调整Au-Au层间距，可以消除板状偶极子。我们的研究结果证实，SP确实诱导了大量的p型掺杂的狄拉克锥，这可以是高达几百毫电子伏取决于六角形的多型体。掺杂随板厚度的演变揭示了需要几十个SiC双层来有效地去除去极化场并恢复宏观状态，由此石墨烯掺杂应等于SP。
2015-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Elasticity, Stability and Ideal Strength of $β$-SiC in plane-wave-based ab initio calculations
本文基于赝势平面波（PP-PW）方法和局域密度泛函理论（LDFT），研究了$β$ -SiC复合材料在[001]和[111]方向均匀拉伸和单向拉伸、双向比例拉伸等不同加载方式下的力学行为、应力应变关系、稳定性和理想强度。计算了晶格常数、弹性常数和平衡态模量，结果与实验数据吻合较好。由于[111]、[ $\bar{1}$ 11]、[11 $\bar{1}$ ]和[1 $\bar{1}$ 1]方向上的四个Si-C键在沿[111]方向加载时并不相同，因此必须考虑内部弛豫和相应的内部位移。结果表明，在加载初期，滑移面和滑移面的内位移效应减小了四个Si C键长的差异，但在随后的加载过程中，这一差异将增大，导致裂纹在111滑移面形核，随后发生解理断裂。因此，相应的理论强度为50.8 GPa，这与最近的实验值53.4 GPa吻合得很好。然而，随着沿[001]加载，内部弛豫对于四轴对称性并不重要。计算了沿[001]方向单轴拉伸时的弹性常数。基于刚度系数的稳定性分析，我们发现Spinodal和Born不稳定性几乎是在同一应变下触发的，这与之前的分子动力学模拟一致。在双轴比例拉伸过程中，在相同的纵向应变下，应力和强度与双轴加载比成正比。
1998-12-08 cond-mat.mtrl-sci
Spontaneous polarization and piezoelectricity in boron nitride nanotubes
对氮化硼纳米管的自发极化和压电性能的从头算计算表明，它们是优良的压电体系，响应值大于压电聚合物。纳米管的固有手征对称性导致在任意折射率的理想孤立纳米管中总自发极化的精确抵消。管间相互作用或弹性形变破坏这种对称性会引起与纤锌矿半导体相当的自发极化。
2003-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Influence of Mo on the Fe:Mo:C nano-catalyst thermodynamics for single-walled carbon nanotube growth
探讨了Mo在低温化学气相沉积法生长单壁碳纳米管（SWCNTs）的Fe：Mo纳米催化剂热力学中的作用。通过尺寸-压力近似和从头算模型，我们证明了对于富Fe（~ 80%Fe或更高）和富Mo（~ 50%Mo或更高）的Fe：Mo团簇，团簇中碳的存在导致了Mo 2C的成核.这增强了颗粒的活性，因为它释放Fe，其最初结合在稳定的Fe：Mo相中，使得它可以催化SWCNT生长。此外，低浓度Mo的存在使低温稳态生长的尺寸下限从纯Fe颗粒的约0.58nm降低到约0.52nm。我们的从头算热力学模型解释了实验结果，并建立了一个新的方向，寻找更好的催化剂。
2008-06-26 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the (3x2) reconstruction of beta-SiC(001)
通过从头计算分子动力学和能带结构计算，以及利用计算的STM图像，我们已经挑选出一个结构模型的（3 × 2）重建的Si终止的立方SiC的（001）表面，在文献中提出的几个。这是一种交替的二聚体行模型，具有1/3的过量Si覆盖率，产生与最近的测量良好一致的STM图像[F.Semond等人，Phys. Rev. Lett. 77，2013（1996）]。
1999-06-25 cond-mat.mtrl-sci
A novel intrinsic interface state controlled by atomic stacking sequence at interfaces of SiC/SiO$_2$
基于从头算的总能电子结构计算，我们发现SiC/SiO $_2$界面局域电子态出现在SiC体导带底（CBM）以下0.3 eV和以上1.2 eV之间的能量区域，对界面附近SiC中原子双层的排列顺序很敏感.这些新的界面态在过去是未被认识的，这是由于沿晶体学通道分布的CBM态的特殊特性。我们还发现，电子掺杂修改的能量之间的不同堆叠结构。讨论了在不同SiC表面上制作的电子器件的性能。
2017-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Magnetism in BN nanotubes induced by Carbon Substitution
我们进行了从头计算的原始和碳掺杂的（5，5）和（9，0）BN纳米管。结果表明，碳取代BN纳米管中的硼或氮可以诱导自发磁化。基于局域自旋密度近似的密度泛函理论对电子能带结构的计算表明，在费米能级附近存在一个自旋极化的无色散带.与其他轻元素或无金属磁性材料的理论模型相比，碳掺杂BN纳米管的磁性更易于实验验证，具有潜在的应用价值。
2005-01-06 cond-mat.mtrl-sci
Multiple Localized States and Magnetic Orderings in Partially Open Zigzag Carbon Nanotube Superlattices: An Ab Initio Study
利用第一性原理计算，我们研究了部分开放的锯齿形碳纳米管（CNT）超晶格的电磁性质。研究发现，这些超晶格在费米能级附近可以表现出多个局域态，这取决于它们的开放度。更重要的是，某些电子态被限制在结构的某些部分，甚至有特殊的磁序。我们证明，作为一个原则的证明，一些部分开放的锯齿形CNT超晶格本身是巨大的（100%）磁阻器件。此外，局域（和自旋极化）状态以及超晶格的带隙可以进一步调制由外部电场垂直于管轴，和沿管轴的偏置电压可以用来控制两个自旋态的电导。我们相信，这些结果将开辟新的纳米电子和自旋电子器件的生产方式。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Bundling up carbon nanotubes through Wigner defects
我们表明，使用从头算总能量密度泛函理论，即所谓的维格纳缺陷，间隙碳原子旁边的空位，这是存在于辐照石墨也可以存在于束的碳纳米管。然而，由于纳米管的几何结构，这种缺陷具有相当低的形成能，低于空位本身，这表明它可能是电子或离子辐照后产生的最重要的缺陷之一。此外，它们在束中的纳米管之间形成强连接，使其剪切模量增加相当大的量，清楚地表明其对纳米管束的机械性能的重要性。
2004-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Static dielectric response and Born effective charge of BN nanotubes from {\it ab initio} finite electric field calculations
用有限电场方法对BN纳米管（BN-NTs）的全静态介电响应和Born有效电荷进行了{\it Ab initio}研究。据发现，离子的贡献的BN-NTs的静态介电响应是实质性的，也是一个明显的手性依赖的振荡叠加在纵向电极化率和管直径（$D$）之间的线性关系，作为一个薄的介电圆柱壳。相比之下，BN-NT的横向介电响应类似于直径为$D+4$·$ $的薄（非理想）导电圆柱壳的行为，其中内部电场的屏蔽因子为2。玻恩有效电荷的中等主分量$Z_y^*$对应于与BN-NT表面相切的横向原子位移，具有明显的$D$依赖性（但与手性无关），而大的纵向分量$Z_z^*$表现出明显的手性依赖性（但几乎与$D$无关），这表明了表征BN-NT的直径和手性的强有力的方法。
2007-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanotube Piezoelectricity
我们结合从头算、紧束缚和解析理论研究了氮化硼纳米管的压电效应。我们发现，异极纳米管的压电性取决于它的手性和直径，可以理解从一个孤立的平面片的压电响应开始，随着结构特定的映射从片到管表面。我们证明了单轴和剪切变形之间的耦合只允许在较低的手征对称性的纳米管。我们的研究表明，纳米管的压电性是从根本上不同于其对应的三维（3D）块体材料。
2003-08-27 cond-mat.mtrl-sci
Hydrogen storage in pillared Li-dispersed boron carbide nanotubes
从头算密度泛函理论研究表明，柱撑碳化硼纳米管的储氢质量密度大于6.0wt%，体积密度大于45 g/L.碳纳米管中的硼取代极大地提高了Li原子与纳米管的结合能，并且该结合能（~ 2.7 eV）大于锂金属的结合能（~1.7 eV），防止了锂在高锂掺杂浓度下的聚集（或偏析）。氢气在锂分散的碳化硼纳米管上的吸附能在10 ~24 kJ/mol之间，适合于在室温和常压下进行可逆的氢气吸附/脱附。
2007-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Helium diffraction on SiC grown graphene, qualitative and quantitative description with the hard corrugated wall model
采用掠入射快原子衍射方法研究了生长在6 H-SiC（0001）衬底上的外延石墨烯单层的莫尔结构，并与结构计算结果\textit{ab initio}和精确衍射程序进行了比较.我们回顾这些结果，并提出了一个补充的方法，使用硬壁模型提取信息，没有任何\textit{a priori}。然而，利用以前的精确计算，我们定量评估的性能，这种简化的方法，通过比较使用相同的势能面的预测。
2016-10-12 cond-mat.mtrl-sci
The strength of the radial-breathing mode in single-walled carbon nanotubes
我们表明，从头计算的径向呼吸模式在单壁碳纳米管的电子-声子耦合矩阵元M强烈依赖于管的手性。对于相同直径的纳米管，锯齿形管的耦合强度|M| ^2比扶手椅形管的耦合强度高一个数量级。对于（n，m）管，M取决于（n-m）mod 3的值，这允许通过它们的拉曼散射强度来区分具有相似直径的半导体纳米管。我们测量的共振拉曼光谱的径向呼吸模式，支持我们的理论预测。
2004-08-19 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical study of the band structure of 2H-SiC and 4H-SiC of silicon carbide polytypes
本文研究了2 H-SiC和4 H-SiC碳化硅多型体的电子能带性质。采用从头计算密度泛函理论（DFT）计算了第一布里渊区的电子能带结构和态密度（DOS）。用GW近似计算得到的带隙${E_{\rm{g 2H-SiC}} = 3.17}$ eV和${E_{\rm{g 4H-SiC}} = 3.26}$ eV与实验值吻合得很好。总DOS的形状和值与其他作者进行的计算一致。2 H-SiC和4 H-SiC的计算总能量值接近，但它们满足条件${E_{\rm{2H}} > E_{\rm{4H}}}$，这意味着4 H-SiC结构比2 H-SiC更稳定。用密度泛函方法计算了2 H-SiC和4 H-SiC的能带结构和态密度，结果表明，GW近似是研究2 H-SiC和4 H-SiC多型体电子结构的最佳方法。
2021-06-25 cond-mat.mtrl-sci
