High stability of faceted nanotubes and fullerenes of multi-phase layered phosphorus: A computational study
我们提出了一个范例,在构建非常稳定的,刻面纳米管和富勒烯结构的横向加入纳米带或补丁不同的平面磷烯相。我们的从头计算密度泛函计算表明,这些阶段可能会形成非常稳定的,非平面关节。不同于富勒烯和纳米管通过变形的单相平面单层在大量的能量惩罚,我们发现刻面富勒烯和纳米管是几乎一样稳定的平面单相单层。由此产生的丰富多样的多晶型物允许不仅通过手性指数,而且通过不同磷烯相的组合来调节磷烯纳米管(PNTs)和富勒烯的电子性质。在所选的PNT中,金属-绝缘体转变可以由应变或改变壁的数量引起。
2014-11-05 cond-mat.mtrl-sci
Inconsistencies in the Electronic Properties of Phosphorene Nanotubes: New Insights from Large-Scale DFT Calculations
与最近的报道相反,我们表明磷烯纳米管的电子性质是令人惊讶的丰富和复杂得多,比以前假设的。我们发现,所有的磷烯纳米管表现出复杂的直接到间接的带隙转变的纳米管直径减小-一个独特的属性没有在任何先前的研究中确定(声称直接或间接带隙),我们发现与大规模DFT计算。我们解决这些以前的不一致的轨道相互作用的详细分析,这表明,与减少纳米管直径的应变导致从直接过渡到间接的带隙的所有磷烯纳米管。我们表明,我们的研究结果是完全一般的,广泛的计算在几个交换相关泛函验证了我们的结论。最重要的是,我们的研究结果和分析解决了一个长期存在的问题,磷纳米管的电子特性,并带来关闭以前在这些独特的纳米结构相互矛盾的发现。
2018-03-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Native point defects in few-layer phosphorene
采用混合密度泛函理论结合半经验vanderWaals色散修正,研究了缺陷少层磷烯中空位和自发光的结构和电子性质.我们发现,无论是空位和自填隙缺陷是更稳定的外层比在内层。空位和自填隙P缺陷的形成能和跃迁能均随膜厚的增加而降低,这主要是由于基质价带最大值相对于真空能级的上移所致.因此,空位和自激子都可以作为浅受主,这很好地解释了实验观察到的p型导电性的少层磷烯。另一方面,由于这些原生点缺陷具有中等的形成能,并且在带负电荷的状态下是稳定的,因此它们也可以作为n型少层磷烯中的电子补偿中心。
2015-08-20 cond-mat.mtrl-sci
Si Substitution in Nanotubes and Graphene via Intermittent Vacancies
单壁碳纳米管(SWCNT)和石墨烯的性质可以通过共价键合杂质的存在来改变。虽然这可以通过在合成过程中引入化学添加剂来实现,但这通常会阻碍生长并导致有限的微晶尺寸和质量。在这里,通过同时形成的空缺与低能量氩等离子体和吸附原子扩散的激光照射的热激活,硅杂质被纳入到两种材料的晶格。在暴露$\sim$ 1离子/nm $^{2}$之后,我们发现石墨烯中的Si取代密度为0.15 nm $^{-2}$,纳米管中的Si取代密度为0.05 nm $^{-2}$,如通过原子分辨扫描透射电子显微镜所揭示的。在很好的协议与氩辐射效应的单壁碳纳米管的预测,我们发现Si纳入单和双空位,与$\sim$ 2/3是第一种类型。准一维和二维碳晶格中杂质的受控包含物可以证明对于诸如气体传感的应用是有用的,并且类似的方法也可以用于替代具有低于碳的迁移势垒的其他元素。
2019-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Structural, electronic and magnetic properties of vacancies in single-walled carbon nanotubes
采用自旋密度泛函方法研究了单壁碳纳米管中单空位和双空位的稳定性和性质。我们研究了四个纳米管中的这些缺陷,扶手椅(6,6)和(8,8)以及锯齿形(10,0)和(14,0),它们的直径分别约为8和11 μ m。我们还研究了不同的缺陷浓度沿管轴增加超晶胞在这个方向上,以便有一个缺陷,每13和26纳米管长度。我们的研究结果表明,在平衡几何与单空位碳纳米管表现出铁磁性的磁矩范围从0.3到0.8 $μ_{\rm B}$。另一方面,具有双空位的碳纳米管由于缺陷周围的完全重构而不表现出磁性,其中所有C原子是三配位的。我们观察到,单空位的存在下并没有显着改变CNT的电子性质,保持其相应的金属或半导体字符。然而,对于双空位,扶手椅型和锯齿型CNT都成为呈现约0.15 eV的能隙的半导体。
2005-10-21 cond-mat.mtrl-sci
Thermal conductivity of armchair black phosphorus nanotubes: a molecular dynamics study
基于分子动力学模拟定性分析,研究了尺寸、应变和空位对扶手椅型黑磷纳米管热性能的影响。结果表明,由于声子输运路径的限制,纳米管的热导率具有明显的尺寸效应,且与纳米管的直径和长度密切相关。由于低频声子的增强,轴向拉伸应变可以促进热输运。相反,压缩应变削弱了热输运由于周围的弯曲纳米管的声子散射增强。此外,热导率显着降低单空位,特别是在高缺陷浓度。
2017-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Tunable transmission due to defects in zigzag phosphorene nanoribbons
分析了两种杂质/空位存在下边态电子沿锯齿形磷烯纳米带的输运。考虑到缺陷的位置,检查了许多不同的情况。当这两个缺陷都位于锯齿形链的边缘时,正如所预期的那样,随着行进电子能量的改变,电导表现出共振行为。在这种情况下,对于两个空位,观察到的共振峰变得非常尖锐。当第二个空位位于扶手椅链上,而第一个空位位于边缘之字形和扶手椅链的交叉点时,可以看到一个惊人的行为。在这种情况下,在相当大的能量范围内,电导强烈加强。实际上,第二空位的存在在第一空位周围产生屏蔽区域,因此,行波绕过该区域并增强电导率。分析结果与数值模拟进行了比较,显示出非常好的协议。
2018-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Energetics and stability of vacancies in carbon nanotubes
在这项工作中,我们提出了从头计算的形成能量和不同类型的多空位在碳纳米管的稳定性。我们证明,在石墨烯的情况下,重建的缺陷有显着的影响管的能量。特别地,五边形的形成消除了悬挂键,从而降低了形成能。这种竞争导致具有偶数个碳原子的空位被移除以更稳定。最后,幻数的出现表明更稳定的缺陷可以表示为一个模型的形成能量,这是基于未重构的系统,五边形和松弛后形成的缺陷的最终形式的悬空键的数量。
2010-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hydroxyl vacancies in single-walled aluminosilicate and aluminogermanate nanotubes
我们报告的第一个理论研究中的铝硅酸盐和铝锗酸盐单壁金属氧化物纳米管的羟基空位。在管壁的两侧上模拟缺陷,并导致带隙中的占据态和空态,这些状态在能量和真实空间中都高度局部化。我们发现不同的磁化状态取决于化学成分和特定的一侧相对于管腔。缺陷引起的扰动的原始电子结构有关的静电极化管壁和随之而来的变化,布朗斯台德酸碱反应。最后,平衡局部电荷积累,这些系统的一个特征的能力,讨论了鉴于其潜在的应用作为绝缘涂层的一维导电纳米器件。
2008-03-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tuning the conductance of single-walled carbon nanotubes by ion irradiation in the Anderson localization regime
碳纳米管是一维晶体的一个很好的实现,基础科学和潜在的纳米器件应用融合在一起。已知缺陷会改变碳纳米管的电阻。它们可以存在于生长的碳纳米管中,但是从外部控制它们的密度打开了一条通往调整纳米管电子特性的道路。在这项工作中,连续Ar+照射剂量施加到单壁纳米管(SWNT)产生均匀密度的缺陷。在每次剂量后,测量室温电阻与沿纳米管的SWNT长度[R(L)]的关系。我们的数据显示出指数依赖的R(L),表明该系统是在强安德森局域化制度。理论模拟表明,主要是双空位有助于由辐照引起的电阻增加,并且仅0.03%的双空位在400 nm的单壁碳纳米管长度的电阻中产生三个数量级的增加。
2005-11-23 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical behavior of composite double wall nanotubes from carbon and phosphorous
黑磷暴露在空气中时不稳定。当被单层碳原子覆盖或封端时,例如石墨烯碳纳米管,它在快速降解中比裸露的黑磷受到更强的保护。此外,由于黑磷烯中磷原子之间的相互作用弱相互作用,通过卷曲单层黑磷获得的纳米管在有限温度下不如碳纳米管稳定。在目前的工作中,我们推荐一种新的一维材料,即,由黑磷纳米管与CNT形成的复合双壁纳米管。采用分子动力学方法模拟了复合碳纳米管的动态响应。讨论了温度、细长度和碳纳米管结构等因素对碳纳米管性能的影响。与单壁BPNT相比,复合DWNTs在单轴压缩下表现出一些独特的性能。当BPNT嵌入到CNT中时,即使BPNT已经严重损坏,系统也不会迅速崩溃。
2016-07-16 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorene Junctions as a Platform for Spin-Selective Quantum Dots in Next-Generation Devices
该研究数值探究空位对磷烯基结量子点自旋电子性质的影响,发现含单空位磷烯纳米带存在带隙内拓扑准平带,可通过结构调控和电场调节量子点性质,且其在铁磁场下的自旋选择性为新型自旋电子器件应用提供了可能。
2024-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Disentangling Vacancy Oxidation on Metallicity-Sorted Carbon Nanotubes
原始的单壁碳纳米管(SWCNT)对O $_2$和N $_2$是相当惰性的,其对于低剂量仅在ppm水平下化学吸附在SWCNT的缺陷位点或空位上。然而,非常低的掺杂对单壁碳纳米管的电子性质和导电性具有主要影响。已经在低O $_2$剂量(80 L)下,X射线光电子能谱学(XPS)O 1 s信号变得饱和,表明几乎所有SWCNT的空位已经被氧化。因此,通过XPS探测单壁碳纳米管上的空位氧化产生具有相当低的信噪比的光谱,即使对于金属性分选的单壁碳纳米管也是如此。我们表明,即使在这些条件下,第一性原理密度泛函理论计算的Kohn-Sham O 1 s结合能可用于分配的XPS O 1 s光谱的单壁碳纳米管上的氧化空位到其单独的组件。这使得人们能够确定所测量的特定官能团或键合环境。我们发现XPS O 1 s信号主要是由于单壁碳纳米管空位上的三个含O官能团:环氧基(C $_2$ $>$ O)、羰基(C $_2$ $>$ C $=$ O)和烯酮(C $=$ C $=$ O),按丰度排序。在氧化几乎所有的单壁碳纳米管的空位,金属单壁碳纳米管样品的中心峰的强度是60%以上的半导体单壁碳纳米管样品。这表明在金属SWCNT样品上更大丰度的含O缺陷结构。对于金属和半导体单壁碳纳米管,我们发现O $_2$对XPS O~ 1 s谱没有贡献。
2016-08-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anderson localization in carbon nanotubes: defect density and temperature effects
采用第一性原理方法分析了辐照诱导缺陷和温度对单壁(10,10)碳纳米管导电性能的影响。我们发现,双空位修改强烈的差分电导的能量依赖性,也减少了贡献通道的数量从两个(理想)到一个。少量的双空位(5-9个)引起强烈的安德森局域化效应,电阻随缺陷数的变化曲线具有普遍性。它还表明,低的温度,约15-65 K,是足够的平滑的电导波动,而不破坏作为管长的函数的电阻率的指数依赖性。
2005-11-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Extraordinarily bound quasi-one-dimensional trions in two-dimensional phosphorene atomic semiconductors
新的二维(2D)材料磷烯的各向异性性质,与其他2D材料,如石墨烯和过渡金属二硫属化物(TMD)半导体相比,允许激子被限制在理论预测的准一维(1D)空间中,导致由降维和屏蔽引起的显着现象。在这里,我们报告了一个trion(带电激子)的结合能为190 meV的几层磷烯在室温下,这是近一到两个数量级大于那些在二维TMD半导体(20-30 meV)和准二维量子阱(1-5 meV)。如此大的结合能仅在真正的一维材料中观察到,例如碳纳米管,其光电应用已被其固有的小光学横截面严重阻碍。磷烯提供了一种优雅的方式来克服这一障碍,使准一维激子和三电子行为在一个大的二维区域,允许光电集成。我们通过演示激子和三电子的完全线性偏振光发射,实验验证了磷烯中激子和三电子动力学的准一维性质。在高于一维的材料中,非常大的trion结合能的影响是深远的。它提供了一个室温下的二维平台来观察准一维区域内的基本多体相互作用。在室温下对磷烯的强光致发光进行了大范围的电调谐,为可调谐光源开辟了一条新的途径。
2014-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Thermally stimulated luminescence of oxygen-deficient zirconia nanotubes
具有本征缺陷的ZrO $_2$纳米管阵列是用于检测、存储和转换能量的设备的发展的有前途的固态基础。采用阳极氧化法制备了长5 $μ$ m、直径30 nm、含有氧空位及其复合物的自有序氧化锆纳米管。研究了能量为4.1eV的紫外光辐照样品在室温以上的光谱分辨TSL(热释光)。发现了两个发射带,其最大值分别在2.5和2.8 eV附近,分别与T和F+中心的辐射弛豫有关,在一般有序动力学框架内对测量的发光曲线进行了分析,确定了由载流子陷阱引起的四个TSL峰的存在,其激活能为0.7 - 0.8 eV。提出了一个带图来解释的作用,光学活性中心的基础上观察到的TSL过程中的照射和随后的加热的阴离子缺陷的ZrO $_2$纳米管的电子(空缺的位置,三,四配位的氧)和空穴(间隙氧离子)陷阱。
2022-07-07 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Ab initio framework for systems with helical symmetry: theory, numerical implementation and applications to torsional deformations in nanostructures
我们制定和实施螺旋DFT -一个自洽的第一性原理模拟方法与螺旋对称性的纳米结构。这些材料在纳米技术、化学和生物学领域都有很好的代表性,预计将与前所未有的材料特性相关。我们严格证明了螺旋纳米结构,称为螺旋布洛赫波的单电子问题的特殊解决方案的存在性和完整性。我们描述了如何Kohn-Sham密度泛函理论方程的螺旋纳米结构可以减少到一个基本域的帮助下,这些解决方案。在我们的数学处理中的一个关键组成部分是螺旋布洛赫-弗洛奎变换的定义和使用执行块对角化的直接积分的意义上的哈密顿量。我们开发了一种螺旋坐标系下的自适应有限差分策略来离散控制方程,并获得了所提出的方法的工作实现。我们通过例子验证了我们的数值实现的准确性和收敛性。最后,我们利用螺旋密度泛函理论研究了锯齿形和手性单壁黑磷(即,磷烯)纳米管。我们使用我们的模拟来评估一个锯齿形纳米管从头计算的扭转刚度。此外,我们观察到绝缘体到金属的过渡,这种纳米管的电子特性,因为它受到扭曲。我们还发现,一个类似的过渡可以影响手性磷烯纳米管的轴向应变。值得注意的是,这种性质的自洽从头算模拟是前所未有的,远远超出了现有的任何其他系统的第一原理方法的范围。最后,我们讨论了各种未来的途径和应用。
2021-06-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Quantum Conductors Formation and Resistive Switching Memory Effects in Zirconia Nanotubes
具有薄氧化层的金属-电介质-金属三明治结构用于非易失性存储器的忆阻元件的发展前景归因于可靠地形成具有量子化电阻的持续功能态的可能性。本文研究了基于非化学计量$ZrO_2$纳米管的忆阻器在不同阻变模式下的特性。已使用$Zr$箔的阳极氧化来合成$1.7$ $μ$ $m$厚度的氧化锆层,其由具有75 nm外径的垂直取向的纳米管的有序阵列组成。采用掩模磁控沉积法制备了$Zr/ZrO_2/Au$夹层结构。研究了$Zr/ZrO_2/Au$忆阻器在单极和双极模式下的阻变效应。评估了高电阻(HRS)和低电阻(LRS)状态之间的电阻比$\geq3\cdot10^4$。研究发现,由于形成了基于氧空位的量子导体($V_O$),LRS的电导率在很宽的范围内被量子化,最小值为$0.5G_0=38.74$ $μ$ $S$。已经提出了允许$V_O$在施加的电场中迁移的$Zr/ZrO_2/Au$忆阻器的电阻切换机制。结果表明,欧姆型和空间电荷限制的电导率实现在LRS和HRS,相应的。我们提出的结果,可用于开发有效的忆阻器的功能$Zr/ZrO_2/Au$纳米层结构的基础上,具有多个电阻状态和高电阻比。
2021-02-07 cond-mat.mtrl-sci
Gas sensing properties of multiwall carbon nanotubes decorated with Rh nanoparticles
在目前的工作中,多壁碳纳米管修饰铑纳米粒子使用的胶体溶液中的后放电的RF大气等离子体的氩(Ar)或氩/氧(Ar:O $_2$)。这些杂化材料对NO $_2$,C $_2$ H $_4$,CO,C $_6$ H $_6$和水分的室温检测性能进行了研究和讨论的组成和形态研究。结果发现,氧的存在下,在等离子体处理是必不可少的显着提高Rh装饰的多壁碳纳米管的气体响应,并避免响应饱和,即使在低气体/蒸汽浓度。这些期望的效果归因于CNT等离子体处理期间氧的存在,因为含氧空位既充当气体的活性吸附位点又充当Rh纳米颗粒的锚定位点(与Ar处理的样品相比,Rh纳米团簇在Ar-O $_2$处理的样品中的存在几乎加倍)。氧处理还使得在气体吸附时Rh纳米颗粒和碳纳米管之间的电荷转移更容易。这里使用的处理和修饰多壁碳纳米管的方法简单、快速且可扩展,用于生产具有均匀且良好控制的性质的气敏纳米杂化材料。
2016-05-02 cond-mat.mtrl-sci physics.plasm-ph
Native defects in hybrid C/BN nanostructures
采用第一性原理计算对具有半金属性质的边缘混杂C/BN纳米片和纳米管进行了替代性缺陷和空位的计算。形成能表明,缺陷形成优先在石墨烯和BN域之间的界面,而不是在这些域的中间,和取代缺陷占主导地位的空位。化学控制可用于促进缺陷在C-B界面(富氮环境)或C-N界面(贫氮环境)处的定位。虽然这里已经考虑了大的缺陷浓度(106 cm-1),但是当缺陷局限于C-B界面处时以及对于局限于C-N界面处的带负电荷的缺陷,半金属性质可以存在,因此,如果在合成期间方便地设计这些点缺陷,则理论上针对这些带负电荷的纳米界面预测的有希望的磁性可能不会被点缺陷破坏。
2011-11-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Improved Electrical Conductivity of Copper and Nitrogen Functionalized Carbon Nanotubes
本研究采用第一性原理计算考察铜、氮掺杂及缺陷对金属型和半导体型碳纳米管电输运的影响,发现N-吡咯氮官能团可使半导体型CNT导电性较仅掺铜提高约30倍,且预测与实验吻合。
2024-08-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci