题目：磷掺杂硅纳米带和悬挂键对硅锗纳米带影响的第一性原理研究

在过去的几十年，低维度石墨烯纳米材料，比如碳纳米线、碳纳米管、碳纳米带因为其独有的结构、特有的性质以及在纳米电子学和纳米器械中的宽广应用前景，一直都是研究的热点。与碳同一主族的硅和锗拥有和碳相似的许多性质，且曾有人已发现硅和锗可以形成类似石墨烯的稳定结构。
本文通过第一性原理方法的计算处理了磷掺杂硅纳米带和悬挂键对硅锗纳米带的影响这两个问题，其主要结果如下：
（1）无论是扶手椅型还是锯齿型的带有褶皱的硅纳米带都是最边上的原子最易被替代。磷替代掺杂于扶手椅型纳米带的所有构型中除了最边位替代的其他构型都仍然是无磁性的，且由于一条半满带的出现使得纳米带由原先的半导体变成了金属。而最边位替代构型由于杂质带的自旋劈裂所以出现了磁性，而且又重新回到了半导体状态。当磷原子替代发生在锯齿型硅纳米带上的时候，其所有替代构型统统发生了反铁磁到铁磁性质的转变。
（2）通过第一性原理的非磁性计算，我们发现锯齿形硅锗纳米带拥有与带宽无关的金属导电性。锯齿硅锗纳米带上的硅原子和锗原子的投影态密度显示在费米能级处形成了一个很尖锐的峰值，这个峰值中的电子主要来源于纳米带两边的原子。纳米带的电荷密度图显示硅—锗键是共价键；但是硅—氢键和锗—氢键则是离子键：因为氢有较强的1S势能和更高的2.20电负性所以各有一个电子从硅原子和锗原子转移到了氢原子核外并紧密绕其转动（硅的电负性为1.90，锗的电负性为2.01）。通过自旋极化计算，我们发现锯齿形硅锗纳米带的能带结构可以通过悬挂键对其进行改变。作为参照的完整纳米带（两边都用氢饱和）是铁磁性半导体，硅边去氢、锗边去氢、硅边和锗边都去氢的纳米带的能带都普遍上移并且都在费米能级处出现了非常平的能带。其中只有硅边或者锗边去氢锯齿型硅锗纳米带是铁磁性金属，硅和锗两边都去氢的纳米带则是无磁性金属。