Строение углеродных нанотрубок, погруженных в кристаллическую матрицу, двустенных и содержащих изоэлектронные примеси

• Автор: Макаев, Дмитрий Викторович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Нанотубулярные формы вещества.

1.2. Метод ЛПЦВ для изолированных нанотрубок

1.2.1. Электронный потенциал

1.2.2. Кулоновское и обменное взаимодействие

1.2.3. Решение уравнения Шредингера для межсферной области

1.2.4. Решение уравнения Шредингера для области МТсфер

1.2.5. Базисные функции

1.2.6. Интегралы перекрывания

1.2.7. Матричные элементы гамильтониана
ГЛАВА 2. МЕТОД ЛИНЕАРИЗОВАННЫХ
ПРИСОЕДИНННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВОЛН ДЛЯ ОДНОСТЕННЫХ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК В МАТРИЦЕ
2.1. Метод расчта
2.1.1. Потенциал и базисные функции
2.1.2. Интегралы перекрывания и матричные элементы Гамильтониана
2.2. Результаты расчтов
ГЛАВА 3. МЕТОД ЛИНЕАРИЗОВАННЫХ
ПРИСОЕДИНННЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ВОЛН ДЛЯ УГЛЕРОДНЫХ ДВУСТЕННЫХ НАНОТРУБОК
3.1. Метод расчта
3.1.1. Электронный потенциал
3.1.2. Базисные функции
3.1.3. Интегралы перекрывания и матричные элементы
Гамильтониана
3.2. Результаты рассчтов
3.2.1. Полупроводниковые двустенные нанотрубки
3.2.2. Металлические двустенные нанотрубки
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ ИЗОЭЛЕКТРОННЫХ ПРИМЕСЕЙ НА ЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУВОК
4.1. Легирование нанотрубок
4.1.1. Нанотрубки тина кресло
4.1.2. Нанотрубки типа зигзаг
ВЫВОДЫ
СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Показано, что погружение полупроводниковых нанотрубок в матрицу, приводит к их металлизации, а металлические свойства металлических углеродных нанотрубок при этом сохраняются и даже усиливаются. Изучены электронные свойства двустенных нанотрубок, состоящих из одностенных трубок типа кресло и зигзаг. Выяснен характер изменений электронной структуры в двустенной системе по сравнению с одностенными нанотрубками. Изучены электронные свойства углеродных нанотрубок типа кресло и зигзаг с внедренными в них атомами изоэлектронных примесей. Практическая значимость. Разработанные методы позволяют описывать экспериментальные данные, а также предсказывать электронные свойства нанотрубок, погружнных в кристаллическую матрицу, двустенных нанотрубок и нанотрубок с изоэлектронными примесями, что может значительно помочь в разработке электронных устройств на таких наиотрубок. Апробация работы. Работа докладывалась на Всероссийской школеконференции по квантовой и вычислительной химии им. В.А. Фока Новгород, и , Школе НАТО по углеродным нанотрубкам Созополь, Болгария, май , Малом полимерном конгрессе ИНЭОС, , а также на ежегодном Конкурсе научных работ ИОНХ РАН г. Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований грант 1. Публикации. Результаты диссертации опубликованы в пяти статьях и тезисах двух конференций. Структура и объм работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы 8 наименований, содержит рисунка, 4 таблицы и занимает объм 0 страниц. Во введении датся краткая характеристика объектов исследования наиотрубок и их значение для дальнейшего развития науки и технологии. Указаны наиболее перспективные области применения устройств на нанотрубках. В этом же разделе обозначены цели и задачи данной работы. В первой главе, имеющей характер литератур нот обзора, дано краткое описание метода линейных присоединенных цилиндрических волн ЛПЦВ, ранее разработанного для изолированных одностенных нанотрубок. Во второй главе начинается изложение оригинальных результатов работы. В третьей главе разработан метод линейных присоединнных цилиндрических волн для двустенных иаиотрубок и рассчитана зонная структура двустенных полупроводниковых и металлических углеродных нанотрубок. В четвртой главе рассматривается вопрос о влиянии внедрения атомов З и Се в одиостенные углеродные нанотрубки типа кресло и зигзаг на электронную структуру наиотрубок. ГЛАВА 1. Нанотубулярные формы вещества. Углеродные наиотрубки были открыты как побочные продукты синтеза фуллеренов методом электродугового распыления графита в атмосфере инертного газа . Образующийся конденсат содержал нанотрубки, состоящие из 2 коаксиальных графеновых цилиндров. Путм изменения давления инертного газа и подбора диаметра электродов и рабочего напряжения удатся достичь ш выхода, нанотрубочнош материала 6. Введение катализатора металла платиновой группы или группы железа позволяет добиться выхода однослойных нанотрубок большей длины диаметром 1. При этом микрочастицы металлакатализатора служат центрами роста нанотрубок 9 и могут оставаться внутри образующихся нанотрубок в виде примеси. Идеальная одностенная углеродная нанотрубка представля собой цилиндр, получаемый сворачиванием графитовой плоскости. Различают два типа нехиральиых одностенных нанотрубок различного диаметра, с конфигурацией п,п типа i зубчатой, или, в буквальном переводе, кресло1 или конфигурацией п, 0 типа i зигзагообразной , а также семейство разнообразных хиральных тубуленов. Названия зубчатая и зигзагообразная отражают геометрию поперечного сечения трубки в зубчатых трубках углеродные шестиугольники ориентированы относительно оси нанотрубки так, что две связи СС каждого шестиугольника перпендикулярны оси нанотрубки, а в зигзагообразных трубках параллельны. В хиральных нанотрубках ориентация шестиугольников относительно оси промежуточная. Один или оба конца трубок могут быть открыты или закрыты полусферическими шапками, где графеиовый каркас изогнут сильнее всего, а механические напряжения максимальны. Нанотрубка, новидимому, минимального зарегистрированного диаметра 3. А была получена в виде отростка на нанотрубке , большет диаметра .