Изменение ширины HOMO-LUMO щели одностенных углеродных нанотрубок типа «зигзаг» при хемосорбции водорода

Актуальность и цели. В области микро- и наноэлектроники интерес к углеродным нанотрубкам связан в первую очередь с перспективой создания на их основе различных структур с переходами типа металл-полупроводник и полупроводник-полупроводник. Для реализации подобных структур на практике необходимо иметь механизм эффективного управления шириной энергетической НОМО-LUМО щели нанотрубок. Одним из наиболее перспективных таких механизмов является водородная хемосорбция на нанотрубках, которая может рассматриваться как поверхностное легирование. Целью данной работы является теоретическое исследование зависимости ширины НОМО-LUМО щели нанотрубок от плотности водородного покрытия при внешней и внутренней регулярной хемосорбции водорода на одностенных углеродных нанотрубках типа «зигзаг». Материалы и методы. Методами квантово-химического компьютерного моделирования (с использованием полуэмпирического метода AM1) был изучен ряд конечных одностенных углеродных нанотрубок типа «зигзаг» различного радиуса. В работе моделировались различные плотности и узоры внешнего и внутреннего водородного покрытия нанотрубок. Результаты. Найдена зависимость ширины НОМО-LUМО щели нанотрубок от плотности водородного покрытия при внешней и внутренней регулярной хемосорбции водорода на одностенных углеродных нанотрубках типа «зигзаг». Выдвинуто предположение, что явно немонотонный характер зависимости объясняется большой поперечной деформацией нанотрубок при регулярной хемосорбции на них адатомов водорода и сильной зависимостью ширины НОМО-LUМО щели от диаметра нанотрубок типа «зигзаг» конечной длины. Установлено, что все рассматриваемые нанотрубки типа «зигзаг» могут быть полностью покрыты хемосорбированным водородом снаружи, тогда как регулярная внутренняя хемосорбция водорода возможна только для нанотрубок с индексом хиральности больше n = 7. Выводы. Регулярная водородная хемосорбция на одностенных углеродных нанотрубках может рассматриваться как эффективный механизм управления шириной НОМО-LUМО щели последних. При этом ширина НОМО-LUМО щели может быть как увеличена, так и уменьшена в зависимости от диаметра нанотрубки, плотности и рисунка водородного покрытия.