但是，碳以碳链形式存在相比于其它形式的碳材料，其碳原子更易于与环境分子进行反应，因此碳链也是不稳定的。这样就限制了其应用，在实验上常常需要通过惰性气体进行来保证其结构稳定性。这样的特殊要求便不利于它在实际中的进一步应用。自然地，人们想到一些特殊的稳定结构已达到保护目的，如通过多壁的碳纳米管来保护碳链。在当今的硅基材料时代，类似于碳纳米管的硅纳米管是一类值得重视的材料，也更有利于碳链的实际应用。本文以硅纳米管包裹单碳链为基础，通过第一性原理模拟，研究和分析了碳链C8H2和C9H2在硅纳米管SiNT(3,3)和SiNT(5,0)中的电子性质特征。

 (a)硅烯，(b)扶手椅型硅纳米管，(c)之型硅纳米管纳米管的

2 硅纳米管结构

人们发现自然界中硅元素以sp3杂化最为稳定，如金刚石结构，因而在人们的制备中主要以线状纳米结构。人们也一直认为获得硅纳米管是困难的，在实验制备上较碳纳米管难。近年来，经过理论预测和分析，特别是实验技术的进步，人们在硅纳米管的制备和研究方面已取得了重要的突破进展，使得硅纳米管的研究又一次得到了人们的关注[8]。人们期待将其在实际的应用中获得进一步地突破，以延续硅基材料的时代。

类似于碳纳米管，硅纳米管也可以通过单层硅烯卷曲而成，和碳纳米管类似，根据卷曲的不同，可获得不同直径和手性的纳米管，如图1-2所示的。

3 单原子碳链

自然界中，目前发现的碳元素主要是石墨（石墨烯），碳纳米管和富勒烯形式存在，而单碳链一直认为是不易存在，主要是因为你稳定性的考虑。今年来，在实验上，人们也成功的获得了单原子链形式存在的碳元素，使得对于单碳链的研究得到了人们的重视。对于理想的单碳原子链，可以以聚炔烃(polyyne)结构（单-叁键交替， ），或以聚多烯(cumulene)结构 形式存在。不论是实验还是理论都发现，单碳链具有独特的结构和电子性质特征。

4 计算模拟方法

4.1 SIESTA程序介绍

    SIESTA (Spanish Initiative for Electronic Simulations with Thousands of Atoms) 是基于密度泛函理论框架的第一性原理程序，主要用于分子和固体的电子结构计算和分子动力学模拟。软件主要由剑桥大学Emilio Artacho教授、西班牙Autónoma大学的Soler与其他大学的研究人员共同开发的，主页为 http://www.icmab.es/siesta。学术型团体或个人可以通过注册免费获得源代码[9]。

    一般研究固体性质的DFT程序采用平面波基组来构建体系的波函数。而SIESTA使用完全非局域形式 (Kleinman-Bylander) 的标准守恒赝势方法，基组为线性组合局域数值原子轨道 (LCAO) ，这与其它DFT程序采用平面波方法有很大的不同。由于使用原子轨道为基组，因此SIESTA允许人们自定义任意个角动量，多个zeta，极化及非位点（off-site）轨道，且也可以定义任意形状的数值轨道，前提是保证在离核一定距离原子轨道严格为零即可。这种方法被称为有限支持基组(finite-support basis sets) 方法，它是程序中实现线性标度计算中一个重要的部分。为有效计算Hartree和XC势及其对应相关矩阵元，SIESTA程序在数值模拟实现中把电子波函数和电子密度等投影到相应的实空间格点中，这样极大的提高了程序数值实现的处理 [10]。