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单壁碳纳米管是一个中空的圆柱体，可以看作由单层石墨卷曲而成。它具有纳米数量级的直径和微米数量级的长度。碳管的这种特殊几何结构使得它具有很多奇特的性质，例如碳纳米管既有可能是金属也有可能是半导体，完全取决于它的直径和螺旋性。碳纳米管的尺寸特点使得量子尺寸效应在其特性研究中起着重要作用，需要考虑电子的波动性带来的影响。碳纳米管不仅是一个理想的低维纳米结构材料，可以用来研究许多奇特的量子现象，具有重要的基础研究意义，并且具有广阔的应用前景。可用于制作下一代纳米光、电子器件，比如：各种碳管异质结是实现分子电子器件的重要组成部分。另外，了解各种缺陷对碳纳米管性质所造成的影响，就有可能实现利用缺陷有目的地控制器件性能。
本文主要采用紧束缚近似模型和非平衡格林函数方法研究碳管异质结和含有双空位缺陷的非螺旋管的电子输运性质，主要分为以下几个部分：
第一章是绪论，在第一节中我们简要介绍了碳纳米管的发现、合成、基本性质以及应用。第二节对单壁碳纳米管的几何结构和对称性作了介绍。第三节首先推导出石墨层的能带结构，然后利用布里渊区折叠法求出碳管的能带结构。
第二章对本文所用到的基本理论方法作了介绍。在第一节和第二节中分别简要介绍了非平衡格林函数方法和计算微分电导的Landauer—Büttiker公式。在第三节中介绍了计算较大的准一维系统的格林函数递推方法。在第四节中简要介绍了如何计算系统的电子局域化长度。
第三章主要研究单壁碳纳米管异质结的电子输运性质。在第一节中通过对
两个同轴金属/金属碳管异质结的研究发现两个金属管连接起来之前所具有的快振荡频率在形成异质结后依然存在，并且基本不变。另外，在异质结中发现了构成它的两个碳管的快振荡频率的和频。在第二节中研究了对称性和曲率效应对环形结中的电子输运行为的影响。计算结果表明，当环的上下两臂的管径不同时，在某些能量处，小管径处更有利于准驻波态的形成。缺陷的无规分布使得束缚态和扩展态间的耦合增加，在电导图上的反映是Fano共振形状的改变。曲率效应使得某一能量范围内电导从接近1G0降落到接近于零，这个特征说明可以通过调节门电压来调控这种环形结的导电性能。在第三节中对掺杂的(12，0)/(6，6)碳管异质结的研究结果表明在不同位置掺杂时，即使系统的旋转对称性是相同的，系统的输运性质也可能截然不同。界面的旋转对称性和掺杂位置共同决定了系统的输运性质。
第四章则研究了双空位缺陷对单壁碳纳米管中的电子输运性质的影响。在第一节中通过对含有一对双空位缺陷的非螺旋管中的电子输运的研究，我们发现两个双空位缺陷间的关联对碳管的输运性质有很大影响。另外，当第一个双空位缺陷固定时，在(10，10)管中第二个双空位缺陷的位置绕管轴转过2π/n(n是碳管的管指标)时，在能量E=0附近，系统的电导谱和局域态密度都保持不变。在(18，0)管中也存在类似的旋转不变性。通过对一对双空位缺陷的研究，可以定性的知道含有多个双空位缺陷时碳管的输运性质。第二节中研究了含有多个双空位缺陷时(10，10)管和(18，0)管的电子输运性质。在双空位缺陷的平均间距和数目相同的情况下，双空位缺陷在碳管表面无序分布时，只含有asym+双空位缺陷的(10，10)管，含有asym+、asym-两种双空位缺陷的(10，10)管和含有sym、asym+、asym-三种双空位缺陷的(10，10)管在E=0附近，具有类似的输运性质。而对于(18，0)管，只含有sym双空位缺陷，含有asym+、asym-两种双空位缺陷和含有sym、asym+、asym-三种双空位缺陷时，在E=0附近，系统具有类似的输运性质。通过能带计算发现，sym和asym+双空位缺陷对(10，10)管的能带的改变很不相同，而它们对(18，0)管能带的改变非常类似。在第三节中我们初步探讨了含有双空位缺陷的单壁碳纳米管中的电子局域化问题。我们的结果显示当三种双空位缺陷都含有时，在E=0附近系统的局域化长度基本与碳管管径和螺旋性无关。另外，双空位缺陷的轴向分布是否有序以及沿圆周方向是否有分布对系统的局域化长度的影响不大。只含有对称双空位缺陷的armchair管的局域化长度比只含有不对称双空位缺陷或者三种双空位缺陷都含有的锄armchair管的局域化长度大一个数量级，并且会随管径的增大而增大。