Energy Gaps in Graphene Nanoribbons

之字形的 石墨烯纳米带 凝聚态物理 从头算 带隙 石墨烯 缩放比例 材料科学 从头算量子化学方法 电子能带结构 物理 纳米技术 量子力学 几何学 分子 数学
作者
Young‐Woo Son,Marvin L. Cohen,Steven G. Louie
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:97 (21) 被引量:4484
标识
DOI:10.1103/physrevlett.97.216803
摘要

Based on a first-principles approach, we present scaling rules for the band gaps of graphene nanoribbons (GNRs) as a function of their widths. The GNRs considered have either armchair or zigzag shaped edges on both sides with hydrogen passivation. Both varieties of ribbons are shown to have band gaps. This differs from the results of simple tight-binding calculations or solutions of the Dirac's equation based on them. Our ab initio calculations show that the origin of energy gaps for GNRs with armchair shaped edges arises from both quantum confinement and the crucial effect of the edges. For GNRs with zigzag shaped edges, gaps appear because of a staggered sublattice potential on the hexagonal lattice due to edge magnetization. The rich gap structure for ribbons with armchair shaped edges is further obtained analytically including edge effects. These results reproduce our ab initio calculation results very well.

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