Nghiên cứu điều khiển khe năng lượng của graphene sử dụng cấu trúc lai armchair – zigzag

• Tác giả: Nguyễn Thị Len
• Người hướng dẫn: T.s Nguyễn Tiến Cường
• Trường học: Trường đại học khoa học tự nhiên
• Chuyên ngành: Vật lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Điều Khiển Khe Năng Lượng Của Graphene Sử Dụng Cấu Trúc Lai Armchair – Zigzag
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GRAPHENE
• 1.1. Giới thiệu về Graphene
• 1.2. Một số tính chất vật lý của Graphene
• 1.3. Graphene Nanoribbons và cấu trúc lai Armchair – Zigzag. Ứng dụng của Graphene
• 1.4. Vấn đề mở khe năng lượng của Graphene
• 2. CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Bài toán hệ nhiều hạt
• 2.2. Phương trình Schrodinger
• 2.3. Gần đúng Born-Oppenheimer
• 2.4. Nguyên lý biến phân cho trạng thái cơ bản
• 2.5. Phương pháp xấp xỉ Hartree – Fock. Phương pháp phiếm hàm mật độ. Mô hình Thomas – Fermi
• 2.6. Lý thuyết của Hohenberg – Kohn. Phương trình Kohn – Sham
• 2.7. Phiếm hàm tương quan trao đổi
• 2.8. Gần đúng mật độ địa phương (LDA)
• 2.9. Gần đúng Gradient suy rộng (GGA)
• 2.10. Phương pháp hàm Green không cân bằng. Các hàm Green không cân bằng
• 2.11. Kết hợp giữa phương pháp phiếm hàm mật độ và hàm Green không cân bằng
• 2.12. Mô hình tính toán
• 2.13. Phần mềm OpenMX
• 3. CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tối ưu hóa tham số
• 3.2. Hệ Graphene dạng dải
• 3.3. Graphene dạng dải Zigzag với N = 8 (8ZGNRs)
• 3.4. Graphene dạng dải Armchair
• 3.5. Ảnh hưởng của biến dạng cơ học lên tính chất điện tử của AGNR
• 3.6. Graphene có cấu trúc dạng góc 90 độ
• 3.7. Ảnh hưởng có biến dạng cơ học lên tính chất điện tử của Graphene cấu trúc dạng góc 90 độ
• 3.8. Graphene có cấu trúc dạng chữ U
• 3.9. Graphene có cấu trúc dạng đục lỗ
• 3.10. ZGRNs có đục lỗ
• 3.11. AGRN s có đục lỗ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu điều khiển khe năng lượng của graphene

Nghiên cứu về graphene đã thu hút sự chú ý lớn trong cộng đồng khoa học nhờ vào những tính chất điện tử vượt trội của nó. Graphene là một vật liệu hai chiều với cấu trúc tinh thể hình tổ ong, được tạo thành từ các nguyên tử carbon. Việc điều khiển khe năng lượng của graphene là một thách thức lớn, đặc biệt khi ứng dụng trong các linh kiện điện tử. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc sử dụng cấu trúc lai armchair và zigzag để mở khe năng lượng của graphene.

1.1. Đặc điểm nổi bật của graphene và ứng dụng

Graphene có độ dẫn điện và nhiệt rất cao, cùng với khả năng kéo căng tốt. Những đặc điểm này khiến graphene trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong công nghệ nano và điện tử. Các ứng dụng tiềm năng bao gồm cảm biến, pin mặt trời và linh kiện điện tử thế hệ mới.

1.2. Thách thức trong việc mở khe năng lượng của graphene

Mặc dù graphene có nhiều ưu điểm, khe năng lượng của nó bằng không là một hạn chế lớn. Để sử dụng graphene trong các linh kiện bán dẫn, việc mở khe năng lượng là cần thiết. Các phương pháp hiện tại như thay thế nguyên tử carbon bằng các nguyên tử khác hoặc sử dụng điện trường vẫn gặp nhiều khó khăn.

II. Phương pháp nghiên cứu điều khiển khe năng lượng của graphene

Nghiên cứu này sử dụng các phương pháp lý thuyết tiên tiến để điều khiển khe năng lượng của graphene. Các phương pháp này bao gồm lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) và phương pháp hàm Green không cân bằng. Việc kết hợp các phương pháp này cho phép mô phỏng chính xác các tính chất điện tử của graphene với cấu trúc lai armchair và zigzag.

2.1. Lý thuyết phiếm hàm mật độ DFT

Lý thuyết phiếm hàm mật độ (DFT) là một công cụ mạnh mẽ trong việc nghiên cứu các tính chất điện tử của vật liệu. DFT cho phép tính toán chính xác năng lượng và cấu trúc của graphene, từ đó giúp mở khe năng lượng thông qua việc điều chỉnh cấu trúc.

2.2. Phương pháp hàm Green không cân bằng

Phương pháp hàm Green không cân bằng giúp mô phỏng các trạng thái điện tử trong graphene dưới tác động của điện trường và các yếu tố bên ngoài. Phương pháp này cho phép phân tích sâu hơn về cách mà khe năng lượng có thể được điều khiển thông qua các cấu trúc khác nhau.

III. Kết quả nghiên cứu về khe năng lượng của graphene

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng cấu trúc lai armchair và zigzag có thể mở khe năng lượng của graphene một cách hiệu quả. Các mô hình tính toán cho thấy rằng khe năng lượng có thể đạt được giá trị mong muốn, cho phép graphene hoạt động như một chất bán dẫn.

3.1. Ảnh hưởng của cấu trúc đến khe năng lượng

Cấu trúc lai giữa armchair và zigzag cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong khe năng lượng. Các mô hình cho thấy rằng khe năng lượng có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi tỷ lệ giữa hai cấu trúc này, từ đó mở ra nhiều khả năng ứng dụng trong công nghệ điện tử.

3.2. Ứng dụng thực tiễn của graphene với khe năng lượng mở

Việc mở khe năng lượng của graphene không chỉ giúp cải thiện tính chất điện tử mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn. Các linh kiện điện tử sử dụng graphene có thể hoạt động hiệu quả hơn, từ cảm biến đến transistor, nhờ vào khả năng điều khiển khe năng lượng.

IV. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu graphene

Nghiên cứu điều khiển khe năng lượng của graphene với cấu trúc lai armchair và zigzag đã mở ra nhiều hướng đi mới cho công nghệ điện tử. Kết quả cho thấy rằng việc điều chỉnh cấu trúc có thể mang lại những cải tiến đáng kể trong tính chất điện tử của graphene. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng thực tiễn hơn nữa.

4.1. Triển vọng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các cấu trúc lai khác nhau của graphene để mở rộng khả năng ứng dụng. Việc kết hợp với các vật liệu khác cũng có thể tạo ra những tính chất mới cho graphene.

4.2. Ứng dụng trong công nghệ điện tử tương lai

Với những tiến bộ trong việc điều khiển khe năng lượng, graphene có thể trở thành vật liệu chủ chốt trong các linh kiện điện tử thế hệ mới. Các ứng dụng như cảm biến, pin mặt trời và linh kiện bán dẫn sẽ được cải thiện đáng kể nhờ vào những nghiên cứu này.