银-金合金纳米管结构和物性的数值模拟研究

一维管状贵金属（金、银等）纳米材料是当前纳米结构材料研究的前沿热点课题，在纳米光电子学、化学催化等领域有良好的应用前景。本项目以探索银-金合金纳米管的结构稳定性和物性为目标，采用第一性原理数值计算方法研究银-金纳米管的结构稳定性，探讨银-金合金纳米管克服"自净化效应"的形成机理；系统开展银、金化学组分变化对银-金合金纳米管的几何与电子结构、光学与振动性质和量子输运特性的影响。尝试通过合金化方法来实现有目的地调谐银-金合金纳米管性能的可能性，为设计和实验上生长出具备良好导电性和其它物性的、稳定的新型贵金属管状纳米功能材料提供可靠的理论基础。

一维管状贵金属纳米材料是当前纳米结构材料研究的前沿热点课题，在纳米光电子学、化学催化等领域有良好的应用前景。本项目以探索单壁纯银和银-金合金纳米管的结构稳定性和物性为目标，采用第一性原理数值计算方法研究了纯银和银-金合金纳米管的几何结构、振动性质和输运特性，并考虑了化学组分变化对银-金合金纳米管的几何结构和物理性质的影响。(1)通过对不同螺旋度纯银纳米管的稳定几何结构和振动性质的数值模拟研究,我们得到了不同螺旋度银纳米管(n,m)的稳定几何结构。在银纳米管的振动模式分析中发现：类似于金纳米管，不同螺旋度银纳米管的径向呼吸模频率与直径成反比关系。(2)对无限长的不同螺旋度银纳米管和有限长Ag(4,4)银纳米管以不同方式与两端电极连接时的输运特性的研究发现，当n = 3和4时，相应的无限长单壁螺旋银纳米管的量子电导为3G0；而n = 5的单壁螺旋银纳米管的电导为5G0。而对于有限长Ag(4,4)银纳米管，与两端电极部分的连接方式对其电导有很大影响。(3)在纯银纳米管的研究基础上，我们尝试对银纳米管进行金原子掺杂形成银金合金纳米管，得到了不同掺杂方式和浓度下稳定的合金管状结构。低浓度掺杂情况下，合金管仍能保持纯银管状几何结构；而高浓度掺杂情况下，层状替代掺杂后结构仍能管状，而链状替代掺杂后管状结构将瓦解。与纯银纳米管结构比较发现，低浓度掺杂结构的稳定性略差于纯银纳米管结构；高浓度层状替代管状结构的稳定性则优于纯银纳米管结构。(4)银金合金纳米管振动性质研究结果发现：低浓度掺杂银-金合金纳米管的径向呼吸膜频率几乎保持纯银纳米管的径向呼吸膜频率不变；高浓度层状掺杂将导致银纳米管的径向呼吸膜频率严重蓝移。总之，本项目通过这一年的执行，使我们对纯银和银-金合金纳米管的几何和电子结构、振动性质和输运特性，有了较为深入和系统的认识，并且得到了一些创新性的研究成果，较好地完成了项目的预期目标。目前，在该项目支持下已完成论文五篇，正式发表论文一篇，接受论文两篇，投稿两篇。