Nghiên cứu tính chất điện tử của graphene biến dạng với các liên kết đan xen (tt)

Ảnh hưởng của biến dạng lên tính chất điện tử của graphene với các liên kết C–C đan xen có chiều dài khác nhau.. 31 3.4 Sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm của graphene với các liên kết đan

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

· · · ♦ · · ·

TRẦN THỊ HOÀI THƯƠNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT ĐIỆN TỬ CỦA GRAPHENE BIẾN DẠNG VỚI CÁC LIÊN KẾT

ĐAN XEN

Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết và vật lý toán

Mã số: 60 44 01 03

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS NGUYỄN NGỌC HIẾU

Thừa Thiên Huế - năm 2017

i

Demo Version - Select.Pdf SDK

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực, được các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa từng được công bố trong bất

kỳ một công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả Trần Thị Hoài Thương

ii

Demo Version - Select.Pdf SDK

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS TS Nguyễn Ngọc Hiếu đã tận tình hướng dẫn

và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Qua đây, tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, quý thầy cô giáo Khoa Vật lý trường Đại học

Sư phạm, Đại học Huế và quý thầy cô giáo trực tiếp giảng dạy đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập

Cuối cùng, tôi xin cám ơn gia đình, bạn bè và các bạn học viên Cao học khóa 24 đã động viên, góp ý, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tôi trong thời gian qua để tôi hoàn thành luận văn này

Huế, tháng 9 năm 2017

Tác giả Trần Thị Hoài Thương

iii

Demo Version - Select.Pdf SDK

MỤC LỤC

Trang phụ bìa i

Lời cam đoan ii

Lời cảm ơn iii

Danh sách hình vẽ 2

MỞ ĐẦU 3

Chương 1: Các vấn đề tổng quan 6

Chương 2: Mô hình và phương pháp nghiên cứu 11

2.1 Cấu trúc nguyên tử của graphene với các liên kết đan xen 11

2.2 Mô tả biến dạng của graphene bằng lý thuyết biến dạng đồng nhất 12

2.3 Áp dụng mô hình điện tử liên kết mạnh để khảo sát tính chất điện tử của graphene 19

Chương 3: Tính chất điện tử của graphene biến dạng 25

3.1 Tính toán cấu trúc vùng năng lượng của graphene với các liên kết C–C đan xen (bond alternation) kiểu quinoid 25

3.2 Ảnh hưởng của biến dạng lên tính chất điện tử của graphene với các liên kết C–C đan xen có chiều dài khác nhau 29

KẾT LUẬN 36

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

1

Demo Version - Select.Pdf SDK

DANH SÁCH HÌNH VẼ

1.1 Mô hình graphene với mạng lục giác trong không gian 7 1.2 Cấu trúc vùng năng lượng của graphene 7 2.1 Cấu trúc của graphene với các liên kết đan xen có độ dài

liên kết C–C khác nhau là a và b 11 2.2 Lực căng T đặt vào mạng graphene 13 3.1 Sự xuất hiện vùng cấm của graphene biến dạng 30 3.2 Đồ thị đường đồng mức biểu diễn cho E(kx, ky) chiếu lên

mặt phẳng (kx, ky) trong các trường hợp: (a) Khi chưa có

biến dạng, (b) θ = 0, ε = 5%, δ = 0, 02 , (c) θ = π4, ε =

10%, δ = 0, 02 31 3.3 Mặt cắt của cấu trúc năng lượng dọc theo ky = 0 31 3.4 Sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm của graphene với các

liên kết đan xen vào độ biến dạng ε 32 3.5 Sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm của graphene với các

liên kết đan xen vào góc lệch θ 33 3.6 Sự phụ thuộc năng lượng vùng cấm của graphene vào sự

sai khác độ dài liên kết δ 34 3.7 Sự phụ thuộc kF của graphene liên kết đan xen vào độ biến

dạng 35

2

Demo Version - Select.Pdf SDK

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Sự phát triển mạnh mẽ của nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật công nghệ đã làm cho đời sống xã hội toàn cầu có nhiều diện mạo mới Hiện nay trên thế giới đang hình thành một khoa học và công nghệ mới, có nhiều triển vọng và dự đoán sẽ có tác động mạnh mẽ đến tất cả các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật cũng như đời sống kinh tế - xã hội của thế kỷ XXI Đó

là khoa học và công nghệ nano Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô nguyên

tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết

bị, và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nanomet Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano

và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng khá rộng, từ vài nm đến vài trăm nm Công nghệ nano nói chung và vật liệu carbon có cấu trúc nano nói riêng

đã và đang có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn góp phần phục vụ đời sống con người Trong lĩnh vực công nghệ nano chúng ta đã tìm ra được thêm một loại vật liệu mới có tiềm năng ứng dụng cao, đó là graphene Graphene là một loại vật liệu có cấu trúc gồm các nguyên tử carbon sắp xếp trong mặt phẳng hai chiều, đơn lớp nguyên tử và có cấu trúc lục giác giống với hình tổ ong do sự lai hóa sp2 [1].Mỗi nguyên tử carbon hình thành ba liên kết σ với các nguyên tử carbon lân cận gần nhất tử ba điện

tử hóa trị Các liên kết cộng hóa trị C–C gần giống với các liên kết trong kim cương làm cho graphene có những tính chất cơ, nhiệt, điện, quang rất đặc biệt Ngay từ những năm 1946, P.R Wallace đã đưa ra cấu trúc vùng năng lượng của graphene trong lý thuyết, và đã nêu lên những đặc tính dị thường của loại vật liệu này [2] Tuy nhiên vào thời điểm đó các nhà khoa học không tin rằng có thể tồn tại một tấm graphene hai chiều chỉ có bề dày một nguyên tử Đến năm 2004, hai nhà vật lý A.K Geim

3

Demo Version - Select.Pdf SDK

và K.S Novoselov thuộc trường đại học Machester ở Anh đã tạo ra được graphene bằng thực nghiệm với tấm băng keo văn phòng [1] và thành công với công trình nghiên cứu về vật liệu graphene và các tính chất nổi bật của chúng, kể từ đó dạng vật liệu này đã và đang thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học kể cả lý thuyết, thực nghiệm lẫn ứng dụng trên thế giới Do tính linh động điện tử cao [3] và dẫn nhiệt tốt [4] graphene được công nhận là một trong những vật liệu quan trọng

để tạo ra các thiết bị điện tử thế hệ tiếp theo và sẽ tạo bước đột phá lớn trong nhiều lĩnh vực của khoa học Graphene là chất liệu bền nhất từng

đo được [5] Biến dạng nhỏ có thể dễ dàng tác động lên graphene trong phòng thí nghiệm Biến dạng có thể ảnh hưởng quan trọng tới tính chất điện tử của vật liệu Sự thay đổi tính chất điện tử dưới ảnh hưởng của biến dạng có thể đem lại nhiều tính chất mới có thể áp dụng được trong các thiết bị nano [6] Ở Việt Nam, do điều kiện tiến hành nghiên cứu thực nghiệm về graphene còn hạn chế nên lựa chọn phương pháp nghiên cứu

lý thuyết là cần thiết, phù hợp với chuyên ngành đào tạo và tình hình cơ

sở vật chất hiện có của cơ sở đào tạo Vì những lí do trên tôi quyết định chọn đề tài "Nghiên cứu tính chất điện tử của graphene biến dạng với các liên kết đan xen" làm đề tài nghiên cứu cho luận văn của mình

2 Mục đích đề tài

Khảo sát tính chất điện tử của graphene biến dạng với các liên kết đan xen bằng cách kết hợp lý thuyết biến dạng đồng nhất và mô hình điện tử liên kết mạnh

3 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài tập trung nghiên cứu tính chất điện tử của graphene biến dạng với các liên kết đan xen

4 Phạm vi nghiên cứu

Chỉ nghiên cứu graphene khi có mặt của biến dạng nhỏ (nhỏ hơn 10%)

4

Demo Version - Select.Pdf SDK

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp kết hợp lý thuyết biến dạng đồng nhất và mô hình điện tử liên kết mạnh

6 Bố cục luận văn

Luận văn gồm có 3 phần chính

- Phần mở đầu: Trình bày lí do chọn đề tài, mục đích của đề tài, đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu

- Phần nội dung: Bao gồm 3 chương:

Chương 1: Các vấn đề tổng quan

Chương 2: Mô hình và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Tính chất điện tử của graphene biến dạng

- Phần kết luận: Trình bày các kết quả đạt được của luận văn và đề xuất hướng phát triển nghiên cứu

5

Demo Version - Select.Pdf SDK