Electronic and optical properties of deformed graphitic and helical nanobutes

Abstract

ELEKTRONSKE I OPTIČKE OSOBINE DEFORMISANIH GRAFITNIH I HELIKALNIH NANOTUBA REZIME MotivacijaU ovoj tezi su prezentovani rezultati iscrpne analize elektronskih i optičkih osobina dva tipa ugljeničnih nanotuba. Prvi deo se odnosi na homogeno deformisane jednoslojne ugljenične nanotube (tj. grafitne nanotube), dok su u drugom delu rezultati za nedeformisane i podužno istegnute helikalne ugljenične nanotube. Konfiguracije nedeformisanih grafitnih nanotuba su dobro poznate: sa izuzetkom tuba jako malog dijametra, odgovara grafenskoj ravni urolovanoj na specifičan način. Sa druge strane, možemo smatrati da su helikalne nanotube rezultat periodičnog umetanja sedmougaonih i petougaonih defekata u grafensku rešetku,što prouzrokuje njihovu karakterističnu helikalnu morfologiju. Od svih nanomaterijala baziranih na ugljeniku ove nanotube imaju najsloženiju i najraznovrsniju strukturu. Pored tri "globalna" geometrijska parametra, koje je moguće direktno meriti u ogledima, postoje i "lokalni" parametari koji opisuju položaj defekata unutar monomera. Zbog toga se kod ovog tipa tuba očekuju i raznovrsnije elektronske osobine. U tezi je razmotren uticaj globalnih i lokalnih parametara, kao i moguće modifikacije elektronskih osobina pomoću mehaničkih napona.Kod nanotuba efekti deformacionog sprezanja na fizičke osobine nisu do sada sistematski analizirane. Za uspešnu primenu u različitim nano-elektromehaničkim uredajima detalno poznavanje efekata deformacionog sprezanja je od velike važnosti. Tendencija smanjivanja mehaničkih i elektronskih uredaja ka nanometarskoj skali, nameće potrebu za izradom efikasnih senzora za merenje i kontrolu ponašanja odgovarajućih nanouredaja. Postojeće mikrosenzore je nemoguće skalirati na nanodimenzije, a da ne dode do drastičnog smanjenja dinamičkog opsega senzora. U cilju prevazilaženja prepreke nametnute skaliranjem 3D materijala, potrebno je razmotriti mogućnosti primene inherentnih 2D materijala, posebno onih baziranih na kompozitnim filmovima od grafitnih nanotuba kod kojih efekti skaliranja daleko manje utiču na promenu karakteristika. MetodU svrhu proučavanja deformacionog sprezanja razvijena je simetrijski adaptirana procedura relaksacije. Na taj način, primenom ukupne grupe simetrije razmatranog sistema, relaksacija je primenjena na model beskonačno dugačke tube, a broj nezavisnih parametara relaksacije je minimiziran. Za unapred definisanu deformaciju, ptimalne deformisana konfiguracija nanotube je odredena molekularno-dinamičkom procedurom koja je zasnovana na minimizaciji Brener-Tersovljevog potencijala po ostalim parametrima. Elektronske zone su izračunate primenom metoda funkcionala gustine jake veze (DFTB) sa primenom ukupne simetrije i implementiranog u program POLSym. Optičke funkcije odziva se računaju u aproksimaciji nasumične faze vremenski zavisne teorije perturbacije i u jedno-elektronskoj slici. Kod helikalnih nanotuba, primenjen je modifikovani model topoloških koordinata za dobijanje inicijalnih konfiguracija. Nakon toga, molekularno-dinamičkom i DFTB relaksacijom, dobija ...