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石墨烯由Geim等人于2004年通过机械剥离的方法制得,由于它优异的电子特性,世界上许多研究人员将注意力集中在石墨烯纳米带上。然而,零带隙特性成为制备石墨烯器件的短板。近年来,诸如硅烯、磷烯、单层BN和过渡金属二硫族化合物之类的二维材料已成为热门话题。例如磷烯,研究表明它具有可以调节的直接带隙,带隙范围在0.3eV-1.5eV之间取决于层数以及应力。本文主要研究探讨了掺杂非金属以及金属原子对锯齿型磷烯纳米带以及扶手椅型硅烯纳米带的电子以及输运性质的影响,主要包括三个方面的内容。(1)本文通过第一原理方法研究了杂原子(硼或氮原子)掺杂对扶手椅型硅纳米带的电子和输运性能的影响。计算结果表明,可以通过改变两个掺杂位点之间的距离来调节扶手椅型硅烯纳米带(ASi NRs)的带隙。通过掺杂两个硼原子,ASiNRs展示出半金属性质,而利用两个氮原子掺杂时ASiNRs从半导体性质转变为金属性质。研究还发现,随着硼原子和氮原子之间距离的增加,ASiNRs的带隙逐渐减小。同时研究了硼/氮共掺杂的ASiNRs的输运性质,微分电导表现出振荡性,这为设计基于硅烯纳米带电子器件提供了参考。(2)研究了过渡金属钝化的磷烯纳米带的磁性以及电子性质。发现除了Ni钝化的体系以外,其余的体系都不同程度的表现出了磁性,而且磁性随着带宽的变化而变化,有趣的是,发现了铁钝化的情况表现出磁性半导体特征,这表明磷烯在信息存储方面具有可能。对于锰钝化的情况,这个体系表现出半金属性,磁矩不随带宽变化而变化,研究表明磷烯在自旋电子器件方面具有潜在的应用前景。(3)为了探讨磷烯的气体传感特性,研究了一系列气体小分子在本征以及碳掺杂锯齿型磷烯纳米带上的吸附作用。计算结果表明,氨气(NH3)、二氧化碳(CO2)和氧气(O2)分子具有比其他气体分子更大的吸附能,表明本征磷烯对这些气体分子更敏感。对于碳掺杂的锯齿型磷烯纳米带,一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)的吸附能增加,而其他气体分子的吸附能减少。因此掺杂是改善磷烯气体分子传感特性的有效手段,有趣的是,氢气的吸附能为-0.229 eV,这使得磷烯有希望成为储氢材料。