第三章 研究結果
3.2 第二部分 Zigzag graphane nanoribbon+六角形氮化硼(BN)(各六層)
3.2.1 G12NB 邊界接上一氫原子與接上兩氫原子之結合能大小
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3.2 第二部分 Zigzag graphane nanoribbon+六角形氮化硼(BN)(各 六層)
圖 3.2.0-1: Zigzag graphane nanoribbon+六角形氮化硼(BN)(n=12)之結構圖 Zigzag graphane nanoribbon+六角形氮化硼(BN)以下簡稱 GNB12
3.2.1 G12NB 邊界接上一氫原子與接上兩氫原子之結合能大小
圖 3.2.1-1:GNB12 邊界接上一顆氫之結構圖(簡稱 GNB-1)
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圖 3.2.1-2:GNB12 邊界接上兩顆顆氫之結構圖(簡稱 GNB-2)
給予 No.14,15 邊界碳原子初始磁性 1,1
表 3.2.1-1:給予 GNB12-1 初始磁性之總能與總磁矩
GNB-1 GNB-2
總能 -281.31974 eV -287.11031
總磁矩 1.000𝜇𝐵 0.000𝜇𝐵
同一 unit cell 下一顆氫原子之總能= -0.83605569 形成能(Formation Energy)=分開總能-合體總能
={[-281.31974+(-0.83605569)]-(-287.11031)}=4.95451431 eV 因結合能大於 0，所以在接上一顆氫是可行的。
並依序畫出 GNB-1 與 GNB-2 之能帶貢獻圖
圖 3.2.1-3:GNB-1No.14 之能帶結構圖
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圖 3.2.1-4:GNB-1No.15 之能帶結構貢獻圖
圖 3.2.1-5:GNB-1 邊界 Boron 之能帶結構貢獻圖
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圖 3.2.1-6:GNB-1 邊界 Nitrogen 之能帶結構貢獻圖 可看出費米能附近接由邊界碳、Boron 與 Nitrogen 所貢獻。
圖 3.2.1-7:GNB-2 No.14 碳原子之能帶結構貢獻圖
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圖 3.2.1-8:GNB-2 Nitrogen 與 Boron 之能帶結構貢獻圖 3.2.2 GNB-2 切去(n=3 處)之 line 線狀與 chain 鏈狀氫之分析
圖 3.2.2-1:G12NB 切去(n=3 處)之 line 線狀氫結構圖
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圖 3.2.2-2:G12NB 切去(n=3 處)之 chain 鏈狀氫結構圖 表 3.2.2-1:GNB-2 切去 line 與 chain 之總能
Cut line Cut chain
總能 -281.28968 eV -279.10334 eV
形成能 Formation Energy 4.98457431 eV 6.33485862 eV
此計算並無加入初始磁性，總磁矩皆為 0𝜇𝐵，紅色字體為接上氫原子所需要之形
成能情況，並分別畫出其能帶：
圖 3.2.2-3:G12NB Cut line 被拔除氫之碳原子的能帶貢獻圖
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圖 3.2.2-4:G12NB Cut chain No.18 邊界碳原子的能帶貢獻圖
圖 3.2.2-5:G12NB Cut chain No.19 邊界碳原子的能帶貢獻圖
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GNB-2 Cut chain(n=3 處)之結果可與 3.1.2 之 G12 Cut chain(n=2 處)做比較，能量 較穩定為 G12 之結果，費米能附近之貢獻皆來自被拔除氫之碳原子。
3.3 第三部分 Zigzag graphane nanoribbon +First(3d) Transition
metal
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圖 3.3.1-2:G12+Ti 第 II 種位置之結構圖
圖 3.3.1-3:G12+Ti 沿 X-Y 平面之結構圖 並給予 No.23,24(Ti),25 初始磁性分別為 1，2，1
表 3.3.1-1:G12+Ti 之總能,結合能與總磁矩情況
I II
總能 -330.10617 eV -329.73233 eV
結合能 2.4562533 eV 2.0824133 eV
總磁矩 0.3399 𝜇𝐵 1.0671 𝜇𝐵
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圖 3.3.1-4:G12+Ti 第 I 種位置之 Ti 原子能帶貢獻圖
圖 3.3.1-5:G12+Ti 第 II 種位置之 Ti 原子能帶貢獻圖
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表 3.3.1-2 在 I 與 II 位置中 No.23,24,25 的磁矩數值
I II
s p d total s p d total 23 0.000 -0.004 0.000 -0.004
24 0.023 0.039 0.179 0.241 25 0.000 -0.005 0.000 -0.005
23 0.000 0.002 0.000 0.002 24 0.033 0.034 0.526 0.593 25 0.000 -0.004 0.001 -0.004 因第 I 種位置的結合能較大，所以以第Ｉ種情況去討論，由能帶可看出幾乎為 Ti 所傳導，因此進一步分析畫出 Ti 之各種電子軌域中的 LDOS 圖。
圖 3.3.1-6: G12+Ti 第 I 種位置之 Ti- sp 軌域 LDOS 圖
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圖 3.3.1-7: G12+Ti 第 I 種位置之 Ti- d 軌域 LDOS 圖
3.3.2 G12+ Vanadium
圖 3.3.2-1: G12+V 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.2-4:G12+V 第 I 種位置之 V 能帶貢獻圖
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圖 3.3.2-5:G12+V 第 II 種位置之 V 能帶貢獻圖
圖 3.3.2-6: G12+V 第 I 種位置之 V- sp 軌域 LDOS 圖
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圖 3.3.2-7: G12+V 第 I 種位置之 V- d 軌域 LDOS 圖
3.3.3 G12+ Chromium
圖 3.3.3-1: G12+Cr 第 I 種位置之結構圖
圖 3.3.3-2: G12+Cr 第 II 種位置之結構圖 並給予 No.23,24(Cr),25 初始磁性分別為 1，5，1
表 3.3.3-1:G12+Cr 之總能,結合能與總磁矩情況
I II
總能 -330.92331 eV -330.52670eV
結合能 1.8528191 eV 1.4562091eV
總磁矩 2.000 𝜇𝐵 2.000 𝜇𝐵
紅色字體為總能較小且結合能較大之情況。
表 3.3.3-2 在 I 與 II 位置中 No.23,24,25 的磁矩數值
I II
s p d total s p d total
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23 -0.001 -0.028 0.000 -0.029 24 0.032 0.100 1.653 1.786 25 -0.001 -0.029 0.000 -0.030
23 0.001 0.004 0.000 0.005 24 0.042 0.067 1.481 1.590 25 0.001 0.000 0.000 0.000
圖 3.3.3-3:G12+Cr 第 I 種位置之 Cr 能帶貢獻圖
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圖 3.3.3-4:G12+Cr 第 II 種位置之 Cr 能帶貢獻圖
圖 3.3.3-5: G12+Cr 第 I 種位置之 Cr- d 軌域 LDOS 圖
3.3.4 G12+ Manganese
圖 3.3.4-1: G12+Mn 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.4-3:G12+Mn 第 I 種位置之 Mn 能帶貢獻圖
圖 3.3.4-4:G12+Mn 第 II 種位置之 Mn 能帶貢獻圖
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圖 3.3.4-5: G12+Mn 第 I 種位置之 Mn- d 軌域 LDOS 圖
3.3.5 G12+Iron
圖 3.3.5-1: G12+Fe 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.5-3:G12+Fe 第 I 種位置之 Fe 能帶貢獻圖
圖 3.3.5-4:G12+Fe 第 II 種位置之 Fe 能帶貢獻圖
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圖 3.3.5-5: G12+Fe 第 I 種位置之 Fe- d 軌域 LDOS 圖
由表可看出磁矩數值幾乎來自 Fe 且貢獻較多為 d 軌域，所以劃出 d 軌域之 LDOS 圖，圖 3.3.5-5 可看出費米能附近 dxy 方貢獻較多。
3.3.6 G12+ Cobalt
圖 3.3.6-1: G12+Co 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.6-3:G12+Co 第 I 種位置之 Co 能帶貢獻圖
圖 3.3.6-4:G12+Co 第 II 種位置之 Co 能帶貢獻圖
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圖 3.3.6-5: G12+Co 第 I 種位置之 Co- d 軌域 LDOS 圖
3.3.7 G12+ nickel
圖 3.3.7-1: G12+Ni 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.7-3:G12+Ni 第 I 種位置之 Ni 能帶貢獻圖
圖 3.3.7-4:G12+Ni 第 II 種位置之 Ni 能帶貢獻圖
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圖 3.3.7-5: G12+Ni 第 I 種位置之 Ni- d 軌域 LDOS 圖
由於總磁矩非常小，所以 majority spin 與 minority spin 能帶與 LDOS 圖幾乎一樣，
電子態密度幾乎佔於價帶較多。
3.3.8 G12+ copper
圖 3.3.8-1: G12+Cu 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.8-3:G12+Cu 第 I 種位置之 Cu 能帶貢獻圖
圖 3.3.8-4:G12+Cu 第 II 種位置之 Cu 能帶貢獻圖
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圖 3.3.8-5: G12+Cu 第 I 種位置之 C- sp 軌域 LDOS 圖
圖 3.3.8-6: G12+Cu 第 I 種位置之 Cu- sp 軌域 LDOS 圖
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圖 3.3.8-7: G12+Cu 第 I 種位置之 Cu- d 軌域 LDOS 圖
3.3.9 G12+ zinc
圖 3.3.9-1: G12+Zn 第 I 種位置之結構圖
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圖 3.3.9-3:G12+Zn 第 I 種位置之 Zn 能帶貢獻圖
圖 3.3.9-4:G12+Zn 第 II 種位置之 Zn 能帶貢獻圖
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圖 3.3.9-5: G12+Zn 第 I 種位置之 Zn- d 軌域 LDOS 圖
圖 3.3.9-6: G12+Zn 第 I 種位置之 Zn- d 軌域 LDOS 圖(放大)
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-323.293 -315.722 -308.200 -300.717 -293.686 -285.778 -278.312
邊界
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氫鏈，並加入第一過度金屬(1stTransition metal
)(Ti~Zn)，由於過度金屬含有 d 軌域，並發現 d 軌域佔有較大部分的磁矩，因此探討能帶中 d 軌域裡的每種方向 所佔的態密度，並以兩種不同位置加入過度金屬，以最穩定之能量和結合能較大 之位置結構畫出能帶與局域態密度圖。發現加入過度金屬後在能帶上在費米能附 近幾乎佔有較多的貢獻，扮演傳導相當重要的角色，但發現 Ni、Cu、Zn 中因電 子軌域逐漸填滿並於態密度圖可以明顯看出，在 Zn 中幾乎變得難以傳導。‧
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