中文摘要：

纳米碳管特异物性研究具有重要的基础理论意义。预期在纳米和分子光、电器件和其它高技术领域内获得广泛应用。该项目运用紧束缚近似和第一性原理密度泛函方法开展纳米碳管"能带工程"和机-电耦合效应的研究。用数值模拟方法研究"碳管豆荚"的电子结构；探讨通过形变、管内掺杂和杂质的空间分布改变"碳管豆荚"能带结构和物性的可能方法。研究"碳管豆荚"中形成的一维量子线的磁性和输运特性。研究形变对碳管的光学特性、量子干涉现象和声振动谱的影响。探索碳管及其复合物中机械形变与其光、电性质之间的相互耦合作用；研究外电场下碳管的电致伸缩效应以及形变引起的碳管的压电效应。研究管上拓扑缺陷结构与"全碳分子结"物性变化之间的规律和形变对各种碳管"全碳分子结"的输运特性的影响。寻找和开发应用碳管、"碳管豆荚"和"全碳分子结"等制造新型纳米电子学功能材料和纳米尺度机械-光、电耦合器件的可能途径。

结论摘要：

碳纳米管特异物性研究具有重要的基础理论意义；在纳米光、电器件与材料等高技术领域内将会获得广泛应用。本课题基于紧束缚近似和第一性原理数值计算方法研究了碳纳米管及其复合材料中的输运性质、量子干涉效应、声振动模和Raman谱，以及机-电耦合效应等；特别注意研究管中掺杂、拓扑缺陷、碳管形变和磁场对于上述各种物理性质的影响。获得了一些在国际上有影响的创新成果。比如，发现1）拓扑缺陷态和准驻波态可以诱导碳管结微分电导中的Fano共振。2）外加磁场在形变碳管中可产生拍频效应；其周期非常依赖于碳管的螺旋角、形变的类型和强度。可用于实验上精确地测定碳管的形变度。3）扭转形变下的非螺旋单壁碳管可以激发二阶谐频,因此，可成为一种很有应用前景的靠形变调制的纳米非线性光学材料。4）静水压下形变单壁碳管束在结构相变后原有的呼吸模消失，但会出现一种新的"指纹"式特征信号- - 类径向呼吸模。5）拉伸和扭转形变下，单壁碳管的Raman激活模的高频模式有很大的移动。更重要的是，在扭转形变下，会出现新的Raman模。6）纳米石墨带有特别的类径向呼吸模，其频率与带宽有关，为实验上精确地测定石墨带的宽度提供了一个可靠的方法。