单壁AlAs (111)纳米管结构和电子性质的密度泛函理论研究

doi:10.3866/PKU.WHXB201612081

物理化学学报 >> 2017, Vol. 33 >> Issue (3): 548-553.doi: 10.3866/PKU.WHXB201612081

单壁AlAs (111)纳米管结构和电子性质的密度泛函理论研究

王玮,谭凯*()

厦门大学化学化工学院化学系,福建省理论与计算化学重点实验室,福建厦门361005

收稿日期:2016-09-12 发布日期:2017-03-07
通讯作者: 谭凯 E-mail:ktan@xmu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21573182)

Structure and Electronic Properties of Single Walled Nanotubes from AlAs (111) Sheets: A DFT Study

Wei WANG,Kai TAN*()

Fujian Provincial Key Laboratory of Theoretical and Computational Chemistry, Department of Chemistry, College of Chemistry and Chemical Engineering, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian Province, P. R. China

Received:2016-09-12 Published:2017-03-07
Contact: Kai TAN E-mail:ktan@xmu.edu.cn
Supported by:
The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(21573182)

摘要/Abstract

摘要：

通过卷曲立方AlAs（111）单层片（sheets）构造了一系列（n，0）和（n，m）一维单壁纳米管。用周期性密度泛函理论（DFT）计算并比较了不同类型AlAs纳米管在几何结构、能量及电子性质等方面的差别。计算结果表明锯齿型和椅型纳米管应变能均为负值，并随着管径变大而逐渐变小。然而，它们的带隙相当不同：椅型纳米管为间接带隙，随着管径的增大而带隙减小；锯齿型纳米管为直接带隙，管径为1.87 nm时存在着一个极大带隙值（2.11 eV）。这种不同主要源于锯齿型纳米管铝原子间3p轨道的耦合贡献。

关键词: 密度泛函理论, 砷化铝, 锯齿型, 椅型, 纳米管

Abstract:

A series of AlAs nanotubes (NTs) can be formed by rolling up two dimensional periodic (111) single layer sheets, namely (n, 0) and (n, m) nanotubes. Optimized parameters of the atomic arrangement, energy levels and electronic structure of corresponding nanotubes of different types were calculated and compared by the density functional theory (DFT) method. The calculated results showed that strain energies (E_s) are negative over most of the diameter range for the (n, 0) and (n, m) series, indicating that these NTs are more stable than a planar AlAs (111) single layer. The strain energy gradually decreases with increasing diameter. The calculated electronic band structures and density of states profiles reveal that the indirect band gaps (E_g) of armchair AlAs nanotubes gradually decreases with increasing diameter, which is distinct behavior from the zigzag nanotubes. The zigzag AlAs nanotubes feature a direct E_g with a peak value (2.11 eV) for a tube of radius 1.87 nm. The origin of the differences in band gaps could be attributed to the p-p coupling interaction between Al 3p orbitals in the conduction band of the AlAs zigzag nanotube.

Key words: Density functional theory, AlAs, Zigzag, Armchair, Nanotube

MSC2000:

O641

王玮,谭凯. 单壁AlAs (111)纳米管结构和电子性质的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2017, 33(3): 548-553.

Wei WANG,Kai TAN. Structure and Electronic Properties of Single Walled Nanotubes from AlAs (111) Sheets: A DFT Study[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2017, 33(3): 548-553.

参考文献

1	Thornton T. J. ; Pepper M. ; Ahmed H. ; Andrews D. ; Davies G. J. Phys.Rev. Lett. 1986, 56, 1198.
2	Schwabe R. ; Pietag F. ; Gottschalch V. ; Wagner G. ; Di Ventra M. ; Bitz A. ; Staehli J. L. Phys. Rev. B 1997, 56, R4329.
3	Kang J. U. ; Stegeman G. I. ; Aitchison J. S. ; Akhmediev N. Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 3699.
4	Gunawan O. ; Shkolnikov Y. P. ; Poortere E. P. D. ; Tutuc E. ; Shayegan M. Phys. Rev. Lett. 2004, 93, 246603.
5	Funk S. ; Li A. ; Ercolani D. ; Gemmi M. ; Sorba L. ; Zardo I. ACS Nano 2013, 7, 1400.
6	Li A. ; Ercolani D. ; Lugani L. ; Nasi L. ; Rossi F. ; Salviati G. ; Beltram F. ; Sorba L. Cryst. Growth Des. 2011, 11, 4053.
7	Srivastava A. ; Tyagi N. Mater. Chem. Phys. 2012, 137, 103.
8	Singh A. K. ; Zhuang H. L. ; Hennig R. G. Phys. Rev. B 2014, 89, 245431.
9	Zhuang H. L. ; Singh A. K. ; Hennig R. G. Phys. Rev. B 2013, 87, 165415.
10	Jia S. P. ; Chen G. F. ; He W. ; Dai P. ; Chen J. X. ; Lu S. L. ; Yang H. Appl. Surf. Sci. 2014, 317, 828.
11	Prinz V. Y. ; Chekhovskiy A. V. ; Preobrazhenskii V. V. ; Semyagin B. R. ; Gutakovsky A. K. Nanotechnology 2002, 13, 231.
12	Ajayan P. M. ; Schadler L. S. ; Giannaris C. ; Rubio A. Adv.Mater. 2000, 12, 750.
13	Rubio A. ; Corkill J. L. ; Cohen M. L. Phys. Rev. B. 1994, 49, 5081.
14	Tanskanen J. T. ; Linnolahti M. ; Karttunen A. ; Pakkanen T. A.J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10065.
15	Kresse G. ; Furthmüller J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169.
16	Perdew J. P. ; Chevary J. A. ; Vosko S. H. ; Jackson K. A. ; Pederson M. R. ; Singh D. J. ; Fiolhais C. Phys. Rev. B 1992, 46, 6671.
17	Perdew J. P. ; Wang Y. Phys. Rev. B 1992, 46, 12947.
18	Schmidt M. W. ; Baldridge K. K. ; Boatz J. A. ; Elbert S. T. ; Gordon M. S. ; Jensen J. H. ; Koseki S. ; Matsunaga N. ; Nguyen K. A. ; Su S. J. Comput. Chem. 1993, 14, 1347.
19	Ahmed R. ; Hashemifar S. J. ; Akbarzadeh H. ; Ahmed M. ; Fazal E. A. Comput. Mater. Sci. 2007, 39, 580.
20	Rushton P. P. ; Clark S. J. ; Tozer D. J. Phys. Rev. B. 2001, 63, 115206.
21	Vuraftman I. ; Meyer J. R. ; Ram-Mohan L. R. J. Appl. Phys. 2001, 89, 5815.
22	Perdew J. P. ; Levy M. Phys. Rev. Lett. 1983, 51, 1884.
23	Scharoch P. ; Winiarski M. Comput. Phys. Comm. 2013, 184, 2680.
24	Garza A. J. ; Scuseria G. E. J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 4165.
25	Heyd J. ; Scuseria G. E. ; Ernzerhof M. J. Chem. Phys. 2003, 118, 8207.

[1]	王丹,丁迅雷,廖珩璐,戴佳钰. 单个金或银原子掺杂的氧化钒团簇上的甲烷活化反应[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 1005-1013.
[2]	陈强,姜利学,李海方,陈娇娇,赵艳霞,何圣贵. 钒硼双原子阳离子活化甲烷研究[J]. 物理化学学报, 2019, 35(9): 1014-1020.
[3]	韩萌茹,周亚男,周旋,储伟. 通过g-C₃N₄担载MNi₁₂ (Fe, Co, Cu, Zn)纳米团簇调节甲烷化[J]. 物理化学学报, 2019, 35(8): 850-857.
[4]	李路路,姚路,段力. 基于共价有机框架复合材料的锂硒电池应用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(7): 734-739.
[5]	冯英杰,王进平,刘丽丽,王习东. ZnO纳米棒阵列到纳米管结构的自转化机制及其在相变封装材料中的应用[J]. 物理化学学报, 2019, 35(6): 644-650.
[6]	弓程,向思弯,张泽阳,孙岚,叶陈清,林昌健. LaCoO₃-TiO₂纳米管阵列的构筑及可见光光催化性能[J]. 物理化学学报, 2019, 35(6): 616-623.
[7]	赵越,崔佳桐,胡继闯,马嘉璧. VO_1-4⁺阳离子与n-C_mH_2m+2 (m = 3, 5, 7)烷烃的反应性研究：氧含量和碳链长度的影响[J]. 物理化学学报, 2019, 35(5): 531-538.
[8]	许文武,高嶷. 巯基保护的中空金纳米球[J]. 物理化学学报, 2018, 34(7): 770-775.
[9]	卢天,陈沁雪. 通过价层电子密度分析展现分子电子结构[J]. 物理化学学报, 2018, 34(5): 503-513.
[10]	尹玥琪,蒋梦绪,刘春光. Keggin型多酸负载的单原子催化剂(M₁/POM, M = Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, POM = [PW₁₂O₄₀]^3-)活化氮气分子的密度泛函理论计算研究[J]. 物理化学学报, 2018, 34(3): 270-277.
[11]	尹凡华,谭凯. 符合独立五元环规则的C₁₀₀(417)Cl₂₈形成机理的密度泛函理论研究[J]. 物理化学学报, 2018, 34(3): 256-262.
[12]	钟爱国,李嵘嵘,洪琴,张杰,陈丹. 从能量和信息理论视角理解单取代烷烃的异构化[J]. 物理化学学报, 2018, 34(3): 303-313.
[13]	丁晓琴,丁俊杰,李大禹,潘里,裴承新. 基于概念密度泛函理论磷酸酯类反应性物质毒性预测[J]. 物理化学学报, 2018, 34(3): 314-322.
[14]	王心怡,谢磊,丁元琪,姚心仪,张弛,孔惠慧,王利坤,许维. 超高真空条件下碱基与金属在Au(111)表面的相互作用[J]. 物理化学学报, 2018, 34(12): 1321-1333.
[15]	相欣然,万晓梅,索红波,胡燚. 功能化离子液体修饰多壁碳纳米管固定化Candida antarctic lipase B[J]. 物理化学学报, 2018, 34(1): 99-107.

单壁AlAs (111)纳米管结构和电子性质的密度泛函理论研究

Structure and Electronic Properties of Single Walled Nanotubes from AlAs (111) Sheets: A DFT Study

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 10