بخشی از مقاله
چکیده
اثر فاصله بین نانولوله ها در باندل BN را بررسی کرده ایم. نتایج نشان می دهد که در فاصله 3/ 5 آنگستروم بین نانولوله ها در باندل، ساختار BN کمترین انرژي را خواهد داشت یعنی باندل پایدارتر است. باندل 6 - و - 6 نیترید بور نیمه رسانا با گاف غیر مستقیم است. با استفاده از نظریه تابع چگالی، از مقایسه اي بین نانولوله تک جداره 6 - و - 6 نیترید بور با باندل نانولوله 6 - و - 6 نیترید بور در می یابیم که گاف باندل نسبت به گاف نانولوله کمتر است. نانولوله تک جداره 6 - و - 6 نیز مانند باندل نیترید بور نیمه رسانا با گاف غیر مستقیم است.
مقدمه
نانولوله هاي کربنی در سال 1991 کشف شدند]١[ و به دلیل خواص جالبشان شدیدا در حوزه هاي مختلف علمی توجه زیادي به خود جلب کردند. به دنبال تحقیقات گسترده روي نانولوله هاي کربنی، دانشمندان به این نکته پی بردند که کربن تنها عنصري نیست که قابلیت ایجاد نانوساختارهاي لوله اي را داشته باشد یعنی می توان نانولوله هایی با اتمهاي دیگر هم ساخت.[2] یکیاین ازترکیبات نیترید بور است.
نانولوله هاي نیترید بور در سال 1995 در آزمایشگاه سنتز شدند.[3]در نانولوله هاي کربنی به علت یکسان بودن همه اتمها ووجود پیوند کوالانسی بین اتمها، هیچ خاصیت یونی دیده نمی شود اما درنانولوله هاي نیترید بور چون ماده اي مرکب از عناصر گروه 3 و5داریم،با وجود اینکه پیوند بین B وN از نوع کوالانسی است اما اختلاف الکترونگاتیویته بین B وN باعث ایجاد یک گشتاور دو قطبی محلی شده وهمین امر به پیوند N-B شاخص یونی میدهد.نانولوله هاي نیترید بور نیمه رساناهایی با گاف بزرگ هستند]٣و۴.[ هرچه قطر نانولوله هاي نیترید بور بیشتر شود، گاف انرژي بیشتر می شود.نیتریدبا بور توده، گافی برابر 5/8 الکترون ولت دارد]۵.[
روشهاي محاسباتی
انرژي کل و ساختار باند و چگالی حالتها - DOS - و مدل سازي ساختارها با استفاده از نرم افزار Wien2k که مبتنی بر نظریه تابع چگالی است انجام میشود]۶و٧.[ در اینجا از تقریبgeneralized gradient approximation - GGA - استفادهمی شود ]٨.[RMT *KMAX = 5 می باشد که RMT شعاع کره مافین تینمیباشد و کوچکترین پوسته اتمی است که الکترونهاي لایه داخلی
و ظرفیت را از هم جدا می کند که براي اتمهاي N و B در اینجابرابرباشدبا 1/ 35 au می و KMAX جایی است که بردار موجتخت قطع شده است.تعداد نقاط مجاز K در ناحیه اول بریلوئن را 200 در نظر گرفتیم.در ابتدا مدلسازي ساختار نانولوله ایزوله 6 - و - 6 نیترید بور راانجام داده ایم که داراي یک ساختاري مشابه با گرافیت است. تعداداتمهاي B وN را 24 مقطعگرفتیم در شکل1 سطح نانولوله هاي نیترید بور را نشان داده ایم.
در شکل3 ساختار باند نانولوله نیترید بور 6 - و - 6 آورده شده است که نیمه رسانایی با گاف غیر مستقیم می باشد نوار ظرفیت زیر سطح فرمی و نوار رسانش بالاي سطح فرمی است.
در شکل2 نمودار چگالی حالتهاي نانولوله 6 - و - 6 نیترید بور را آورده ایم که نشان دهنده نیمه رسانایی با گاف انرژي زیاد میباشد.شکل 3 نمودار ساختار باند نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6در ادامه به بررسی باندل نانولوله هاي پردازیم - 6و - 6 نیترید بور میکه سطح مقطع آن در شکل زیر آورده شده است.شکل: 4 سطح مقطع باندل نانولوله هاي نیترید بوربراي یافتن فاصله تعادلی بین نانولوله ها در باندل، انرژي برهم کنش بین نانولوله مرکزي با نانولوله هاي همسایه اش، به صورتتابعی از فاصله بین دیواره نانولوله هاي مجاور محاسبه شد. برايبررسی اثرات برهمکنش بین نانولوله ها بر روي خواص الکترونی،چگالی حالتهاي یک نانولوله در فواصل مختلف بین نانولوله ها محاسبه شد.
براي بررسی خواص الکترونی، ساختارهاي نواري مربوط به نانولوله ایزوله و باندل آن محاسبه شده است.با در نظر گرفتن فواصل مختلف بین نانولوله هاي 6 - و - 6 نیترید بورمدلسازي ساختار را انجام داده ایم متناظر با هر فاصله بین نانو لولهها در شبکه هگزاگونالی، یک ساختار با انرژي متفاوت از سایر ساختارها خواهیم داشت، در نهایت به این نتیجه رسیدیم که اگرفاصله بین نانولوله هاي - 6و - 6 نیترید بور برابر با 3/5 آنگستروم باشدساختارپایدارتریندارايکمترین انرژي و حالت خواهد بود.در شکل5 نمودار انبرحسبژيساختارهافاصله بین نانولوله هاي نیترید بور در باندل رسم شده است.
بین نانولوله ها
در شکل 6 ساختار بان متناظر با فاصله بین لوله ها 3/63آنگستروم آورده شده است.همانطور که مشاهده می شود باندلنانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 نیمه رسانایی با گاف غیر مستقیم
می باشد و داراي گاف انرژيحدوداً 4/1 الکترون ولت می باشد.باندل نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 داراي گاف انرژي کوچکترينسبت به نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 می باشد زیرا برهم کنشبین نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 در باندل بیشتر می باشد و این باعث کوچکتر شدن گاف باندل می شود.در انتها نمودار چگالی حالتهاي مربوط به فاصله بین نانولوله ها 3/5 آنگستروم در باندل نیترید بور را آورده ایم.
نتیجه گیري
باندل نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 داراي گاف انرژي کوچکتري نسبت به نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 می باشد زیرا برهم کنش بین نانولوله هاي نیترید بور 6 - و - 6 در باندل بیشتر می باشد و این باعث کوچکتر شدن گاف باندل می شود. اثرات مشاهده شده در اثر باندل شدن شامل پهن شدن چگالی حالت ها، شکافتگی ترازها و کاهش گاف نیم رسانایی می باشد.
