Ab initio расчеты электронных свойств и явления переноса в графеновых материалах

Abstract

На основе теории функционала плотности (DFT) исследованы электронные свойства и энергетическая структура монослоев графеновых суперячеек, состоящих из 18 и 54 атомов углерода с легированными атомами Ge и Si. В рамках обобщенного градиентного приближения (GGA) изучены свойства графеновых суперячеек. В Ge-легированных графеновых суперячейках с вакансиями атомов углерода выявлено антиферромагнитное спиновое упорядочение и оценены формируемые локальные магнитные моменты в атомах углерода. Аппроксимированы плотность состояний (DOS) и зонная структура суперячеек. Показано, что легирование графена Ge по сравнению с Si-легированием заметно открывает энергетическую щель в графене. Изучены физические закономерности переноса заряда с учетом температурной зависимости электропроводности гидрогенизированного графена (ГГГ). Показано, что при температурах 4-125 K проводимость ГГГ соответствует прыжковому механизму переноса заряда с переменной длиной прыжка. Определена плотность локализованных состояний вблизи уровня Ферми, расстояние прыжков, энергетический разброс ловушечных состояний вблизи уровня Ферми. Оценена концентрация локализованных состояний в запрещенной зоне ГГГ. Ключевые слова: ab initio расчет, теория функционала плотности, суперячейки графена, Ge- и Si-легированные графены, зонная структура, плотность электронных состояний, магнитный момент, модифицированный графен, перенос заряда.