基于密度泛函理論的單層氫化石墨烯特性分析

汪杰君， 張 存， 王方原， 甘永瑩， 李 樹

(1.桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院， 桂林 541004; 2.桂林電子科技大學(xué) 廣西光電信息處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 桂林 541004;3.桂林電子科技大學(xué)北海校區(qū) 海洋工程學(xué)院， 北海 536000)

1 引 言

石墨烯具有六邊形對(duì)稱的二維蜂窩狀晶格[1]. 由于其非凡的電，熱和機(jī)械性能，它在納米復(fù)合材料和納米電子設(shè)備中具有巨大的應(yīng)用潛力[2-6]. 自從首次分離出單層石墨或石墨烯以來，大量致力于這種獨(dú)特材料性質(zhì)的研究. 石墨烯因其無能帶結(jié)構(gòu)而具有點(diǎn)狀費(fèi)米面和費(fèi)米能級(jí)的線性色散而備受關(guān)注. 這些性質(zhì)使得我們?cè)谑┲杏^察到彈道運(yùn)輸，狄拉克型準(zhǔn)粒子和石墨烯中的異常量子霍爾效應(yīng)等[7]. 并且石墨烯出色的電子遷移率使其具有在電子，能源和生物技術(shù)等許多領(lǐng)域中應(yīng)用的潛力[8-17]. 此外，這種半金屬膜的幾乎透明的光學(xué)性質(zhì)使其成為用于光電器件例如太陽能電池的良好候選材料[18].

Oil等人通過使用Hartree-Fock方法以及密度泛函理論研究了不同尺寸H-graphene的基態(tài)能量，發(fā)現(xiàn)隨著C原子數(shù)的增加基態(tài)能量也隨之增加[19]. 但是并沒有研究尺寸與穩(wěn)定性以及電子性質(zhì)的關(guān)系. 而Karki等人系統(tǒng)的研究了尺寸與H-graphene團(tuán)簇穩(wěn)定性關(guān)系，發(fā)現(xiàn)尺寸與團(tuán)簇穩(wěn)定性呈現(xiàn)正相關(guān)[20]. 到目前為止，人們對(duì)于不同尺寸H-graphene的激發(fā)態(tài)分析較少，由于激發(fā)態(tài)研究對(duì)H-graphene的光學(xué)性質(zhì)分析具有重要意義，為此我們進(jìn)行了一系列關(guān)于不同尺寸H-graphene的詳細(xì)計(jì)算，研究不同尺寸H-graphene的穩(wěn)定性、HOMO-LUMO能隙……