理论研究金纳米簇Aun(n=1-3)在石墨烯纳米带上的电子性质

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摘要：金纳米粒子和石墨烯材料在纳米电子材料与器件的应用研究中具有非常重要的作用。本文基于石墨烯材料，特别是石墨烯纳米带材料在分子器件组装中的问题，设计了金纳米簇与石墨烯表面的相互作用模型，从金原子出发，模拟分析了金单原子、二聚物、三原子簇等与石墨烯纳米带的相互作用性质。着重分析不同金纳米簇（Aun, n=1-3）吸附于石墨烯纳米带表面的电子结构变化，以及组成的复合体系的电荷转移性质特征。期望在理论上对其相互作用和电子结构有一定的认识，为进一步研究金纳米簇在石墨烯表面的吸附和形成及相关物理化学性质做前期理论基础。54591

毕业论文关键词：石墨烯纳米带，金纳米簇，密度泛函理论，电荷转移

Abstract: Gold cluster and graphene play an important role in the area of nanoelectronic and devices. In this work, deduced from assembling of the materials of graphene nanoribbon and gold cluster, the models based on the gold cluster Aun (n=1-3) are designed to investigate the interaction between the gold cluster and graphene. The electronic structure and electron transfer between the gold cluster and graphene are studied using periodic density functional theory, which is expected to explore the change of electronic properties of complexes before and after grafting the gold clusters. The results are helpful to understand the electronic properties of these complexes. The physical and chemical properties of the complexes by the theoretical simulation help to carry out further studies of these structures in experiment.

Key words: graphene nanoribbon, gold cluster, density functional theory, electron transfer

1 前言 4

2 石墨烯纳米带结构 5

3 金纳米簇 6

4 计算模拟方法 6

4.1 密度泛函理论方法介绍 6

4.2 赝势 6

4.3 SIESTA程序 8

4.4 计算模拟参数 8

5 结果与讨论 8

5.1 电子结构 8

5.1.1 石墨烯纳米带@Au 9

5.1.2 石墨烯纳米带@Au2 10

5.1.3 石墨烯纳米带@Au3 11

5.2 电荷转移性质 11

结论 14

参考文献 15

致谢 16

1 前言

计算机的出现使人们的生活方式发生了巨大的改变，人们的生活、学习和工作方式已无处不受到计算机的影响。当然，它极大地提高了人们的工作效率，加强了人们的相互联系，在人类的文明进程中起到了重要的作用。人们享受着科技带来的便利，同时也不断推动着科技的发展进步。目前人们的主要关注点，仍然是生产更小、性能更快、能耗更低的电子元件。然而，在微型化过程中，随着器件体积的减小，特别是尺寸的缩小，元件的工作机理发生了变化，经典的电子传输理论不再适用，而量子效应起到了主要作用[1]。这限制了器件的进一步缩小和性能的提高。人们需要找寻一种新的材料来代替传统的Si基材料，因此以分子和纳米材料为基础的分子和量子计算机得到了人们的重视[1]。对于传统的Si基材料，由于电子和原子的碰撞，器件工作时以热的形式释放了大部分能量。据不完全统计分析，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了超过2/3的电能。而在技术革新的过程中，其展现给人们的效果也是巨大的，如目前Intel公司生产的处理器型号为Haswell，其制造工艺为22纳米的技术。苹果公司2013年6月发布的MacBook Air搭载了该Haswell处理器，这样，其13寸版本的电脑电池续航高达12个小时，11寸版本电池续航为9小时[2]。因此，人们积极地探索更小的电子元件，这样就需要新的电子材料来替代。人们发现石墨烯材料便是其中一种具有较理想的替代者[3]。源'自:751`!论~文'网www.751com.cn