Структурные и электронные свойства однослойных нанотрубок с частичным замещением углерода азотом

Abstract

Методами теории функционала плотности выполнены расчеты зонной структуры углеродно-азотной нанотрубки типа «зигзаг» (8, 0) с концентрацией атомов азота 6,25%, 12,5% и 25% и углеродно-азотной нанотрубки типа «кресло» (5, 5) с концентрацией атомов азота 10% и 20%. Расчеты проведены с учетом не только поперечной, но и продольной оптимизации структурных параметров нанотрубок. При увеличении концентрации азота структура нанотрубок существенно искажается как в продольном, так и в поперечном направлении. В частности, их поперечный профиль перестает быть окружностью. Выявлена зависимость энергий межзонных электронных переходов от концентрации азота, которая проявляется в виде изменения положения пиков в спектре оптического поглощения.

Методами теорії функціонала щільності виконано розрахунки зонної структури вуглецево-азотної нанотрубки типу «зигзаг» (8, 0) з концентрацією атомів азоту 6,25%, 12,5% та 25% і вуглецево-азотної нанотрубки типу «крісло» (5, 5) з концентрацією атомів азоту 10% і 20%. Розрахунки проведено з урахуванням не лише поперечної, але і подовжньої оптимізації структурних параметрів нанотрубок. При збільшенні концентрації азоту структура нанотрубок істотно спотворюється як в подовжньому, так і в поперечному напрямі. Зокрема, їх поперечний профіль перестає бути колом. Виявлено залежність енергій міжзонних електронних переходів від концентрації азоту, яка проявляється у вигляді зміни положення піків в спектрі оптичного поглинання.

The band structure of “zigzag” type (8, 0) carbonnitrogen nanotube with nitrogen atom concentration of 6,25%, 12,5%, and 25% and “armchair” (5, 5) carbonnitrogen nanotube with nitrogen atom concentration of 10% and 20% is calculated within the density functional theory approach. The calculations are carried out with taking into account such optimizations of nanotube structural parameters as longitudinal as transverse. The structure in lengthwise and crosswise directions is distorted essentially with increasing the nitrogen concentration. In particular, the transverse profile ceases to be circle. It is found that the energies of interband electronic transitions depend on nitrogen concentration, resulting in changing the peaks position in the optical absorption spectrum.