Атомная структура и электронно-энергетические характеристики углеродных нанотрубок сложной формы

• Автор: Колесникова, Анна Сергеевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 128 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Елава 1. КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ АТОМНОЙ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ УНТ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
1.1 .Синтез УНТ сложной формы
1,2.Электронные свойства УНТ сложной формы
1.3.Механические свойства УНТ сложной формы
1.4.Устройства наноэлектроники
Глава 2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА АТОМНОЙ И ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ НАНООБЪЕКТОВ
2.1 .Метод молекулярной динамики
2.2.Методы ab initio
2.3.Метод функционала плотности
2.4.Методы молекулярной механики
2.5.Полуэмпирические методы
2.6.Параметризация метода сильной связи для исследования металлосодержащих УНТ.
Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УСТРОЙСТВ
НАНОЭЛЕКТРОНИКИ НА БАЗЕ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК СЛОЖНОЙ ФОРМЫ
3.1. Нанореактор
3.2. Излучающий элемент Заключение к третьей главе
Глава 4. ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ В УНТ СЛОЖНОЙ ФОРМЫ И ИХ СВОЙСТВА
4.1. Нанотрубки, заполненные фуллеренами (наностручки)
4.1.1 .Атомная структура наностручков
4.1.2. Поведение фуллеренов при изгибе наностручка

4.2.Углеродные бамбукоподобные нанотрубки
4.2.1 .Атомная структура бамбукоподобных нанотрубок
4.2.2. Стабильность бамбукоподобных нанотрубок
4.2.3.Моделирование процесса растяжения и сжатия бамбукоподобной нанотрубки
4.2.4.Определение работы выхода бамбукоподобных нанотрубок бамбукоподобных нанотрубок
4.2.5.Определение работы выхода металлосодержащих
бамбукоподобных нанотрубок
Заключение к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Углеродные нанотрубки (УНТ) сложных форм, к которым относятся Х-, У-, Т-образные трубки, бамбукоподобные трубки (однослойные с перемычками и многослойные, подобные вложенным друг в друга конусам) различной топологии, наностручки (трубки, герметизированные фуллеренами) [1] уже с успехом применяются в электронных устройствах: нанотранзисторы [2], автоэмиттеры [3], переключатели [4] и т.д. Объектами исследования в работе являются наностручки как молекулярные системы, у которых длина трубок превышает диаметр в 3-18 раз, и однослойные бамбукоподобные нанотрубки как молекулярные структуры, так и протяженные, длина которых превышает диаметр на несколько порядков.
К нанотрубкам, применяемым в устройствах эмиссионной вакуумной электроники, предъявляется ряд требований, в частности высокие эмиссионные свойства и механическая прочность. Первое может быть достигнуто понижением работы выхода углеродных нанотрубок путем интеркалирования атомами щелочных металлов, введением дефектов, деформированием и другими способами, приводящими к улучшению эмиссионной способности, второе -оптимизацией конфигурации атомной сетки, обеспечивающей ее упрочнение. В связи с этим актуальной задачей эмиссионной электроники является поиск оптимальных с точки зрения перечисленных требований форм УНТ. Одной из таких форм могут быть однослойные УНТ с бамбукоподобным строением. Доказано, что подобные трубки обладают повышенной упругостью [5].
Основным условием применимости УНТ в наноустройствах, реализующихся на одной молекулярной системе (нанореактор [6], наноэлемент памяти [7], транзистор [2] и др.), является возможность управления составными элементами такого устройства. Наиболее

волновая функция электронов представляется в виде произведения волновых функций отдельных электронов, а также вводится поправка на взаимное отталкивание между электронами (обменный потенциал Хартри).
Метод Хартри был модифицирован Фоком в связи с тем, что метод Хартри не учитывал антисимметричности волновой функции электрона, а, следовательно, принцип Паули. Новый метод получил название “метод Хартри-Фока”. Изменения, внесенные Фоком, позволили записать волновую функцию в виде детерминанта Слейтера. Известно, что если волновая функция представляется в виде детерминанта, то она удовлетворяет принципу неразличимости электронов [104].
Недостатком метода Хартри-Фока является то, что обменный интеграл не учитывает описания коррелированной энергии электронов для сонаправленных спинов. В дальнейшем учет корреляционной энергии был обеспечен методом конфигурационного взаимодействия и было установлено, что среднее расстояние между двумя электронами больше, чем в методе Хартри-Фока.
Теория возмущений позволяет учитывать энергии внешних воздействий (возмущений), к которым относятся влияние внешних полей, электронно-колебательного взаимодействия и др. Возмущение может быть описано добавлением поправки в гамильтониан.
Недостатком методов ab initio является то, что расчет ограничивается на структурах, которые содержат не более 100 атомов, т.к. для компьютерного расчета требуется большое количество времени, а для хранения промежуточных результатов вычислений большой объем памяти. Достоинством расчётов методов ab initio является точное описание атомного взаимодействия с учётом квантовых эффектов.
2.3. Метод функционала плотности
Метод функционала плотности является альтернативным методу Хартри-Фока. В отличие от метода Хартри-Фока в основе метода