碳纳米管可以看作由石墨层卷成的管子，自从1991年碳纳米管被发现以来，它们独特的机械和电子性质得到了理论和实验方面的广泛研究。尽管许多性质都可以根据几何构造原则得到相当好的理解，这些准一维系统的某些方面的特性仍然需要靠ATK模拟来预测。

      这种计算量经常是消耗巨大的，由于真实碳纳米管原胞内的原子数通常是非常多的，而器件应用中的有效区域经常是要靠多个原胞的重复才能够较好的模拟。ATK使用了特殊的方法显著改善了碳纳米管和其他“长”系统输运计算时的数值计算表现，并且计算结果和实验值保持了出色的一致性，如armchair纳米管的电导。

       很多类气体分子容易吸附在碳纳米管上。这些吸附分子对本来非局域的轨道产生了扰动，在碳管的透射属性中产生了成键/反键共振。当碳管附近的气体分子浓度发生改变时，这些共振将变得明显并增大或减少电子电流。这样，通过探测碳管中电流的改变，我们可以鉴定不同气体分子的存在。目前已经成功制造了这样的传感器。

 

3.a

a) 实线是一个 NO 分子吸附其上的(4,4)碳纳米管的透射系数谱。作为比较，虚线显示的是没有分子吸附的透射系数谱。在费米能处有一个明显的谷，它由吸附分子带来。透射系数谱的这个谷对应着 NO 分子吸附后碳纳米管电阻的增大。

 

 3.b 

b) 吸附 NO 分子的碳纳米管在费米能处的态密度的可视化图像。这种图形可以对器件输运中起作用的电子通道进行可视化的分析。碳管能带与NO分子轨道的强烈耦合是透射系数谱中的谷的来源。

  

Ref.:

J. Kong et. al., Science 2000(287):622

H. S. Gokturk, IEEE Nano 2005

E. S. Snow et. al., Nano Lett. 2005(5):2414

 

使用软件：ATK