مطالعه محاسباتی تأثیر ناخالصی های ناشی از جایگزینی اتم های دیگر درخصوصیات ساختار الکترونی گرافن

گرافن در اصطلاح به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه های گرافیتی و از جنس اتم های کربنی اطلاق می شود. بین خصوصیات ساختار الکترونی گرافن و نانولوله های کربنی که در واقع از رول شدن یک صفحه گرافنی ایجاد می شود شباهت های زیادی وجود دارد. در عین حال گرافن ها از خواص رسانشی فوق العاده ای برخوردارند که به همین دلیل کاندیدای مناسبی برای نسل آینده ی ترانزیستورهای با سرعت بالا محسوب می شوند. در مقایسه با سیلیکون که ماده مصرفی متداول در مدارهای الکتریکی هست و تنظیم رسانش یا عدم رسانش آن در جهات مختلف بسیار دقیق قابل کنترل است، اما در گرافن ها در وضعیت خاموش هم مقدار قابل توجهی جریان از آن عبور می کند. این خصوصیت می تواند نسبت پارازیت به سیگنال و اتلاف انرژی در مدارها را بالا ببرد تا حدی که استفاده از گرافن را با مشکلاتی مواجه کند. بدین ترتیب مطالعه خصوصیات ساختار الکترونی گرافن می تواند در توسعه کاربردی این نانوماده بسیار حا ئز اهمیت باشد. در سیستم های شبه رسانایی حضور ناخالصی های اتمی دیگر در ساختار گرافن می تواند تا حد زیادی خصوصیات ساختار الکترونی نیمه رسانا ها را تحت تاثیر بگذارد. بدین گونه به طورکلی دو گونه شبه رساناهای n-شبه رسانا و p-شبه رسانا با توجه به جایگزینی به ترتیب اتم های با ظرفیت های بالاتر و ظرفیت های پایین تر از اتم کربن حاصل می شود. در مطالعه حاضر حضور چنین ناخالصی های اتمی در خصوصیات ساختار الکترونی گرافن با بهره گیری از محاسبات کوانتومی بر اساس نظریه تابعیت چگالی بررسی می شود. - جایگزینی اتم های مختلف در گرافن، منجر به تغییرات خصوصیات ساختار الکترونی گرافن می شود - جایگزینی اتم هایی با ظرفیت کمتر از اتم کربن در گرافن، منجر به ایجاد p-شبه رسانا میشود - جایگزینی اتم هایی با ظرفیت بیشتر از اتم کربن در گرافن، منجر به ایجاد n-شبه رسانا میشود در مطالعه حاضر اثرات جایگزینی هترو اتم های بور،نیتروژن،آلومینیم و فسفر با اتم کربن در ساختارهای گرافنی،بر پایداری،قطبیت،رسانایی و بارهای مولیکن توسط روش dft و با استفاده از سری پایه6-31g* بررسی و مقایسه شده اند.به منظور انجام محاسبات کوانتوم مکانیک از نرم افزار گوسین 98 استفاده گردیده است.به علاوه گزارشی از اثرات جایگزینی اتم های ذکر شده بر روی پوشش nmr در گرافن ارائه شده است و برای این گزارش تقریب giao بکار رفته است. با توجه به نتایج بدست آمده می توان گفت که جایگزینی هترو اتم ها سبب کاهش پایداری گرافن و افزایش قطبیت شده است. همانطور که شاهد هستید جایگزینی هترواتم ها در گرافن منجر به تغییرات خصوصیات شبه رسانایی گرافن می شود به طوری که در تمام مدل ها ی شامل هشت حلقه بنزنی افزایش رسانایی و در تمام مدل ها ی شامل دوازده حلقه بنزنی افزایش رسانایی بجز ساختار دارای دو هترواتم بور و نیتروژن و در تمام مدل ها ی شامل چهارده حلقه بنزنی نارسانایی مشاهده شده است بجز مدل هایی از گرافن که شامل دو هترو اتم بور و نیتروژن و دو هترواتم آلومینیم و فسفر می باشند