【摘 要】
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随着计算科学的高速发展,理论模拟在凝聚态物理中起着愈加关键的作用。其不仅可以从原子尺寸水平解释新奇的物理现象,同时还能够预测新材料的物理化学性质,为实验研究提供理论指导。过渡金属硫族化物纳米线具有高弹性、机械稳定等优良物理化学特性,引起了研究者的广泛兴趣。最近,通过对多层2H-Mo6Te6进行真空退火,实验上成功制备出具有一定阵列排布的Mo6Te6纳米线。这种阵列结构的电子性质相对于单根的纳米线发
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随着计算科学的高速发展,理论模拟在凝聚态物理中起着愈加关键的作用。其不仅可以从原子尺寸水平解释新奇的物理现象,同时还能够预测新材料的物理化学性质,为实验研究提供理论指导。过渡金属硫族化物纳米线具有高弹性、机械稳定等优良物理化学特性,引起了研究者的广泛兴趣。最近,通过对多层2H-Mo6Te6进行真空退火,实验上成功制备出具有一定阵列排布的Mo6Te6纳米线。这种阵列结构的电子性质相对于单根的纳米线发生了改变。不同于其他的纳米材料,我们对M6X6纳米线阵列还知之甚少,对其结构稳定性和电子性质问题还不清楚。此外,M6X6纳米线由于机械稳定性高,被认为是潜在的应用于微纳器件的“连接线”,了解纳米线在弯曲条件下的性能表现,对纳米线的实际应用具有重要意义。因此,从理论上探究其纳米线阵列以及弯曲的影响非常重要。据此,本论文利用第一性原理方法,第一部分主要探究M6X6(M=Mo,W;X=S,Se,Te)纳米线阵列的稳定性和电子性质;第二部分考察Mo6S6和Mo6Te6纳米线在弯曲条件下的稳定性和电子性质。(1)M6X6(M=Mo,W;X=S,Se,Te)纳米线阵列结构及其电子特性。通过第一性原理方法,系统研究了纳米线在不同阵列下,如正方阵列,中心正方阵列,六角Ⅰ以及六角Ⅱ阵列的力学稳定性。发现了六角Ⅰ阵列结构最稳定。此外,研究发现M6X6(M=Mo,W;X=S,Se)纳米线阵列的带隙相对于单根纳米线未发生变化;而M6X6(M=Mo,W;X=Te)纳米线阵列由于纳米线之间的耦合作用,由原先单根纳米线时的半导体性质转变为金属性。这表明了M6X6纳米线是潜在的微型纳米器件的良好材料,可以被用于制造成传递信息的机电开关。(2)弯曲M6X6(M=Mo;X=S,Te)纳米线的结构及其电子特性。采用第一性原理方法,研究了纳米线在不同弯曲程度下的稳定性和电子性质变化。结果表明Mo6S6和Mo6Te6纳米线在不同曲率半径下,力学性能不同。如在较小弯曲下能够恢复成直线型,具有一定的韧性;随着弯曲度的增大,纳米线弛豫后弯曲程度会减小,进一步增大弯曲,纳米线会发生断裂。有趣的是,计算表明不同结构对弯曲度的响应不同:Mo6S6纳米线的电子性质不随弯曲度而发生改变,保持为原来的金属特性,而Mo6Te6纳米线随着弯曲的增大逐步由半导体转变为金属。这表明了Mo6S6和Mo6Te6纳米线材料在柔性微纳器件中的潜在应用价值。
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