بررسي خواص الكتروني نانولوله كربني تك جداره ( 7,0) SWCNT با استفاده از نظريه تابعي چگالي (DFT)

در اين مقاله، خواص الكتروني نانولوله كربني تكجداره زيگزاگ ( 7,0) SWCNT بررسي شد. اين بررسي به روش نظريهي تابعي چگالي (DFT) و حل معادلات بسذرهاي كوهن-شم با رهيافت ميدان خودسازگار (SCF) در تقريب چگالي موضعي (LDA) به انجام رسيد. مورفولوژي نانولوله، استوانهاي با قطر مقطع 5/48Å و جهت گيري رشد در جهت [ 100 ] است. بعد از انجام محاسبات همگرايي، انرژي قطع معادل 953 eV انتخاب، و فضاي وارون به روش مونخورس- پك بصورت 16×1×1 مش بندي گرديد. نتايج نشان ميدهند گاف انرژي نانولوله به علت بالا بودن نسبت سطح به حجم و بوجود آمدن ترازهاي سطحي ميان گاف، كاهش مييابد. همچنين خواص الكتروني شامل ساختارنواري و چگالي حالت هاي الكتروني نانولوله كربني ( 7,0) WCNT محاسبه شد و مشخص گرديد بيشينه نوار ظرفيت و كمينه نوار رسانش هر دو در نقطه Γ هستند. منشاء اين دو نوار ناشي از ترازهاي پيوندي π و غيرپيوندي π * كه به ترتيب داراي انرژي هاي -0.53 eV and 0.62 eV از سطح فرمي ميباشند. لذا گاف انرژي مستقيمي به مقدار 1/15 eV در نقطه Γ ايجاد شد و مطابق انتظار نانولوله در دسته مواد نيمهرسانا قرار گرفت. همچنين پهناي نوارهاي ظرفيت و رسانش ميان نقاط Z و Γ به ترتيب داراي مقادير 1/92 eV و eV 2/23 هستند، لذا خطاي خودبرهمكنشي تاثير چنداني در نتايج ندارد.

In this paper electron features for zigzag carbon nanotubes SWCNT(7,0) were studied. Using Density Functional Theory (DFT) and calculating Cohen-Scheme many body equations with Self Consistent Field (SCF) approach and considering Local Density Approximation (LDA), the investigation was performed. The nanotube's morphology is cylindrical with cross section of 5.480 Å and growing in [100] direction. After calculating energy convergence, the cutoff energy of 953 eV was selected and the inverse space was meshed as 1×1×16 by Monkhorst-Pack method. Results showed that the nanotube's energy gap was Reduces due to high surface to volume ratio and creating surface levels within the gap. Furthermore, electron properties including band structure and electron states densities were calculated for SWCNT(7,0) and it was found that maximum valance band and minimum conduction band were both at Г point. These two bands are stemmed from bonding level of π and antibonding level of π* with energies of -0.53 eV and 0.62 eV, respectively from Fermi level. Therefore, a direct energy gap of 1.15 eV was created at Г point and as was expected the nanotube was placed among semiconductor materials. In addition, the valance and conduction bandwidths calculated between Г and Z points were 1.92 eV and 2.23 eV, respectively. Thus, self-interaction error has no significant effect on results.