一維受限空間納米結構演化及電子輸運特性.pdf

1、一維納米材料以其可以用于電子有效傳輸的精細低維結構,已經登上納米器件功能化和集成化的歷史舞臺,并且占據著越來越重要的地位,因此一維納米結構的研究正在成為納米材料合成與組裝領域的熱點。研究一維納米材料的首要問題就是制備穩(wěn)定的一維納米結構。實驗方面,納米管的中空結構可以有效的阻止內置材料被氧化,從而在其內部得到優(yōu)良的納米線結構；而在計算模擬方面,利用納米管作為模板在其內部生長納米線結構的方法也是獲得一維納米結構的重要手段,并且也給我們提供了

2、新的手段去研究受限空間中物質的相變。
　　 在表征金屬和合金材料電子輸運特性的眾多參數中電導尤為重要。近年來,超導材料的發(fā)現(xiàn)使一些氧化物材料也成為人們感興趣的超導研究對象,這就大大豐富了對材料電學性質的研究。由于一維納米材料的小尺寸效應,使材料的研究產生一系列新的問題:ⅰ)納米金屬和合金與常規(guī)材料金屬與合金電導行為是否一致；ⅱ)電子在納米結構體系中的運動和散射有什么新的特點；ⅲ)金屬氧化物在微觀狀態(tài)下是否也具有導電性能。這都是納

3、米材料電性能研究所面臨的新課題。因此本論文以純金屬錫、氧化鋅和硅鍺錫合金為例研究了上述三方面問題。
　　 論文采用分子動力學模擬方法研究了碳納米管中金屬錫納米線結構演化以及納米線的電學特性。通過計算發(fā)現(xiàn)納米線在管內的生長行為分為平行和螺旋兩種模式。對納米線和納米管的復合結構施加外壓,兩者會發(fā)生不同程度的扭曲和收縮,其中螺旋五鏈結構納米線是抗壓能力最強的一條。由于結構的改變導致電子在納米線內的散射發(fā)生變化,從而導致納米線的電流電壓

4、曲線呈現(xiàn)出非線性特點,并且隨著結構所承受的外壓的增大而變得陡峭。
　　 論文中還采用幾何優(yōu)化的方法分別研究了納米管內氧化鋅分子和硅鍺錫原子的生長結構。隨著納米管模板直徑的增大,內置的氧化鋅納米線發(fā)生從螺旋單鏈到平行多鏈的結構演化,而納米線的電導也隨之改變,并且在低電壓區(qū)會出現(xiàn)電導隙,這個電導隙是由量子尺寸效應引起的,其寬度是由最高分子占據軌道和最低分子未被占據軌道的差值決定。
　　 對于多鏈螺旋同軸的合金納米線,不同的元