六角氮化硼相关纳米材料的物性研究

使用精确的计算手段对六角氮化硼相关纳米材料的系统研究，不仅能促进它们在场发射器件、自旋电子器件和纳米机械领域的应用，而且具有很重要的基础理论意义。本项目将使用密度泛函计算、经典分子动力学计算和非平衡格林函数输运计算等方法系统研究这一类体系。包括深入研究通过替位、错位和原子分子吸附调节氮化硼纳米管中的近自由电子态，优化氮化硼纳米管的场发射性能，揭示近自由电子态在原子分子吸附中所扮演的角色；系统研究氮化硼纳米带、氮化硼纳米团簇的性质调控和多种磁性引入方法，为它们的应用打下基础；研究单层六角氮化硼相关的层状复合结构和氮化硼纳米带相关的异质结复合结构，探索它们在纳米电子器件和纳米机械领域的应用。本项目的研究将深化人们对六角氮化硼相关纳米体系的认识，促进我国在这一前沿领域的发展。

在项目资助的三年时间内，我们使用理论方法和精确的计算手段对这类六角氮化硼及相关体系进行了系统的研究，并获得了一系列成果。首先，我们研究了h-BN在应力和电荷掺杂条件下的声子频率响应，找到了其中的规律，为实验中通过探测体系的振动来确定其所应力和电荷掺杂情况提供了理论依据；其次，我们研究了同为二元六角结构的碳化硅纳米管的性质，发现体系能够与聚合氮组成很稳定的复合结构，从而为聚合氮含能材料提供了一种新的选择， 除了氮化硅之外，我们也发现碳纳米管簇也可以很好的与聚合氮组成复合体系组成含氮量非常高的三维含能材料；再其次，我们研究了h-BN层上的空位缺陷所引起的磁性，这些磁性起源于空位原子附近的悬挂键，研究发现体系的磁性具有方向性和长程相互作用的特点；另外，我们研究了双层石墨烯和拓扑绝缘体的性质，我们发现应力能够使石墨烯中的电子发生朗道量子化，双层石墨烯可以产生赝磁激子，它凝聚后能够形成超流态，我们给出了拓扑绝缘体在外磁场和库伦相互作用下所产生的分数量子霍尔效应，给出了其量子霍尔态对倾斜磁场以及狄拉克锥扭曲的响应；最后，我们研究了能带反折叠方法，这个方法能使人们更方便的分析材料电子结构并与实验结果进行比较，可以应用于h-BN和石墨烯等材料中。