CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1.2. Mật độ trạng thái
Các tính chất hóa học của graphene đều do các tính chất electron của hệ quyết định. Vì vậy, việc nghiên cứu DOS là cần thiết. Ở đây việc tính DOS được thực hiện với cả hai loại ơ đơn vị. Hình ảnh DOS thu được của graphene với hai loại ơ đơn vị được chỉ ra ở hình 3.2.
44
(a) (b)
Hình 3.2. DOS của graphene tính theo ơ đơn vị lục giác (a) và ơ đơn vị hình chữ nhật (b)
Từ hình 3.2, chúng tơi thấy rằng, sự phân bố mật độ trạng thái electron theo năng lượng thu được từ hai loại ô đơn vị của graphene hoàn toàn phù hợp với nhau và phù hợp với thực nghiệm. Như vậy, ô đơn vị hình chữ nhật mà chúng tơi xây dựng thể hiện tốt tính chất electron của graphene. Cụ thể, từ hình 3.2, chúng tơi nhận thấy graphene là vật liệu có độ rộng vùng cấm bằng khơng. Một lưu ý thú vị là dù khơng có band gap, nhưng tại điểm Fermi, mật độ trạng thái của graphene biến mất. Đây chính là điểm Dirac. Điểm Dirac là nơi thể hiện những đặc tính độc đáo của graphene.
Chi tiết hơn, chúng tôi vẽ mật độ trạng thái riêng phần PDOS (hình 3.3). Phân tích kết quả PDOS chúng tơi nhận thấy rằng vùng hóa trị và vùng dẫn xung quanh mức Fermi được cấu tạo chủ yếu từ trạng thái 2pz của nguyên tử carbon. Các trạng thái này ứng với các trạng thái π và π *. Vì mỗi orbital 2pz của nguyên tử carbon có một electron nên vùng hóa trị được lấp đầy hồn tồn cịn vùng dẫn thì trống. Mặt khác, chúng ta biết rằng các trạng thái gần mức Fermi quyết định các tính chất electron của vật liệu. Như vậy, các tính chất electron của graphene chủ yếu do các orbital 2pz quyết định. Trong khi đó, các trạng thái 2px, 2py và 2s của nguyên tử carbon
đóng góp vào các dải hóa trị nằm sâu bên trong. Các dải hóa trị này ứng với các liên kết cộng hóa trị trong mặt phẳng graphene (liên kết σ). Khung liên kết σ bền vững tạo ra các tính chất cơ học tuyệt vời của graphene.
D O S (s ố tr ạng thá i/ eV) D O S (s ố tr ạng thá i/ eV)
Năng lượng (eV) Năng lượng (eV)
45
(a) (b)
Hình 3.3. PDOS của graphene tính theo ơ đơn vị lục giác (a) và ơ đơn vị hình chữ nhật (b). Đường màu đen, đỏ, xanh lá, xanh da trời, vàng lần lượt ứng với DOS
tổng, trạng thái 2pz, 2px, (2px, 2py), 2s