مطالعه نانولوله ها و نانونوار های بور- نیتروژن با استفاده از روش های محاسباتی

در این رساله، در بخش اول ویژگی های الکترونی صفحات گرافن خالص و ناخالص شده با نیتروژن (گرافیتی، پیریدینی و پیرولی) بررسی شده است. در ادامه با انباشته کردن صفحات گرافن خالص، گرافیتی و پیریدینی وتشکیل گرافیت خالص و نا خالص و قرار دادن اتم های لیتیم در بین آن ها با چیدمان 1stage-، ویژگی های الکترونی آن ها مورد بررسی قرار گرفته است. در گرافن خالص نوار ظرفیت و هدایت یکدیگر را در نقطه k قطع می کنند در حالی که در گرافن گرافیتی در نقطه k جدایی نوار های ظرفیت و هدایت از یکدیگر مشاهده می شود. در گرافن گرافیتی به دلیل افزایش الکترون های ظرفیتی تراز فرمی به سمت نوار هدایت انتقال می یابد و نیم رسانای نوعn تشکیل می شود. در گرافن های پیریدینی و پیرولی تراز فرمی به سمت نوار ظرفیت انتقال یافته و به این ترتیب نیم رسانای نوعp تشکیل می شود. تحت تاثیر جایگزینی اتم های لیتیم در بین صفحات گرافن خالص و به دلیل انتقال بار از اتم های لیتیم و افزایش الکترون های ظرفیتی، تراز فرمی به سمت نوار هدایت جابه جا می شود. بعد از قرارگرفتن اتم های لیتیم در بین دو صفحه گرافن ناخالص شده با نیتروژن به صورت گرافیتی الکترون های انتقال یافته از اتم های لیتیم نیز به نوار ظرفیت اضافه می شوند و در نتیجه تراز فرمی بیشتر به سمت نوار هدایت منتقل می شود.در بخش دوم ساختار و ویژگی های الکترونی نانولوله های تک دیواره و زیگزاگی (10-4; n = 0(n, bn و b3c2n3 مورد بررسی قرار گرفته است. نانولوله های زیگزاگ b3c2n3 از لوله شدن صفحه های پایدار b3c2n3 ایجاد می شوند. با توجه به بررسی های انجام شده این صفحه ها دارای پایین تریین انرژی تشکیل از بین صفحات مختلف n–c–b هستند. هدف اصلی در این بخش مقایسه ساختار و ویژگی های الکترونی این دو نوع نانولوله است و این که آیا با ایجاد این نوع نقص در نانولوله های نیترید بورمی توان ویژگی های الکترونی (گاف نواری) آن ها را بهبود بخشید؟ بعد از بهینه سازی ساختارها، پارامترهای ساختاری و میانگین طول پیوند در هر دو نوع نانولوله بررسی و مقایسه شده است. در هر دو نوع نانولوله با افزایش قطر نانولوله گاف نواری افزایش می یابد. این در حالی است که هر دو نوع نانولوله نیم رسانا بوده و گاف نواری مستقیم در آن ها مشاهده می شود. گاف نواری مشاهده شده در b3c2n3nts در حدود ev (8/1- 5/1) کمتر از bnnts است و خاصیت نیم رسانایی در آن هم چنان حفظ شده است. در بخش سوم به بررسی اثر خمش بر ساختار و ویژگی های الکترونی نانونوارهای آرمچیر نیترید بور) 16 و 14 ،12 ،10 ،8 ،6(n–abnnrs, n = در حین فرایند تشکیل نانولوله های زیگزاگ نیترید بور )8–3(zbnnts, n = پرداخته شده است در طول فرایند لوله شدن نانونوار ها، با افزایش تدریجی خمش، کاهش گاف انرژی مشاهده می شود. کاهش گاف انرژی به دلیل کاهش همپوشانی اوربیتالی در نتیجه افزایش کشش است. اختلاف مقدار گاف های نواری برای نانونوار های اولیه (بدون خمش) و نانولوله ها به آرامی با کاهش پهنای نوار افزایش می یابد. این رفتار در نتیجه کاهش کشش با افزایش پهنای نوار است.