摘要：石墨炔衍生物比石墨烯具有更多样化的原子结构,因而具有潜在的更丰富的电子结构.通过第一性原理密度泛函理论研究方法系统研究了β石墨炔衍生物的结构稳定性、原子构型和电子结构.本文计算的β石墨炔衍生物系列体系由六边形碳环（各边原子数N=1—10）通过顶点相连而成.对结构与能量的计算分析表明：当N为偶数时,β石墨炔拥有单、三键交替的C—C键结构,其能量比N为奇数时,拥有连续C=C双键的石墨炔衍生物更稳定.计算的能带结构和态密度显示：根据碳环各边原子个数N的奇偶性不同,β石墨炔可呈现金属性（N为奇数时）或半导体特性（N为偶数时）.该奇偶依赖的原子构型和电学性质是由Jahn-Teller畸变效应导致,与碳环各边原子碳链的实际长度无关.计算发现部分半导体β石墨炔（N=2,6,10）呈现狄拉克锥能带特征,其带隙约10 meV,且具有0.255×10~6—0.414×10~6m/s的高电子速度,约为石墨烯电子速度的30%—50%.本密度泛函理论研究表明,将sp杂化碳原子引入石墨烯六边形碳环的边上,可通过控制六边形各边原子个数的奇偶性调制其金属和半导体电子特性或狄拉克锥的形成,为免掺杂和缺陷调控纳米碳材料的电学性质和设计碳基纳米电子器件提供了理论依据.

关键词：石墨炔 狄拉克锥 密度泛函理论计算 

单位：东北大学材料科学与工程学院; 材料物理与化学研究所; 沈阳110819; 上海大学物理系; 材料基因组工程研究院和量子与分子结构国际中心; 上海200444; 沈阳理工大学理学院; 沈阳110159; 上海理工大学材料科学与工程学院; 上海200093