基于硅烯和石墨烯自旋半導(dǎo)體納米帶的熱自旋輸運(yùn)特性的研究.pdf_第1頁(yè)
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1、熱激發(fā)自旋電子學(xué)是一門研究熱與自旋相互關(guān)系的新型電子學(xué),并已成為凝聚態(tài)物理一個(gè)熱門的研究方向。近些年來(lái),低維材料的快速發(fā)展為未來(lái)新器件材料的選擇提供了方向。硅烯和石墨烯,由于它們本身獨(dú)有的電子特性,以及優(yōu)異的物理和化學(xué)性能而受到了廣泛的關(guān)注。本論文基于硅烯和石墨烯兩種材料,將其構(gòu)造成具有自旋半導(dǎo)體特性的納米帶,并將其設(shè)計(jì)為熱自旋電子學(xué)器件。采用了基于第一性原理的密度泛函理論和非平衡態(tài)格林函數(shù)理論相結(jié)合的方法,對(duì)以上器件的熱自旋輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)

2、行研究。主要內(nèi)容如下:
 ?。?)我們?cè)O(shè)計(jì)了一種不規(guī)則的類鋸齒型的硅烯納米帶(Sawtooth-like Silicene Nanoribbons,ST SiNRs),對(duì)納米帶邊緣加氫鈍化后,發(fā)現(xiàn)其自旋向上和自旋向下的能帶在費(fèi)米面處都存在能隙,表現(xiàn)出自旋半導(dǎo)體特性。隨后,在基于ST SiNRs構(gòu)成的同質(zhì)結(jié)器件中,我們研究了相關(guān)的熱自旋電流輸運(yùn)性質(zhì)。該器件是左右電極都用兩個(gè)半無(wú)限長(zhǎng)、雙邊都加一個(gè)氫原子鈍化的ST SiNRs形成的同質(zhì)

3、結(jié)。計(jì)算結(jié)果表明,當(dāng)我們?cè)谧笥译姌O施加溫度梯度時(shí),由于ST SiNRs特殊的能帶結(jié)構(gòu),熱激發(fā)載流子可能會(huì)產(chǎn)生純凈的自旋流,特別是自旋方向不同的電子產(chǎn)生的自旋流數(shù)值幾乎相等,得到了完美的自旋塞貝克效應(yīng)。并且對(duì)于總自旋流而言,表現(xiàn)出自旋塞貝克二極管效應(yīng)。另外,我們計(jì)算了不同寬度的納米帶構(gòu)成的器件的熱電輸運(yùn)性質(zhì)。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn),偶數(shù)寬度的納米帶由于自旋向上電流和自旋向下電流曲線較為對(duì)稱,更有利于自旋塞貝克效應(yīng)和自旋塞貝克二極管效應(yīng)的產(chǎn)生,并且在

4、總的電荷流中發(fā)現(xiàn)了負(fù)微分電阻效應(yīng)。相比較而言,奇數(shù)寬度的ST SiNRs在溫度梯度的作用下,仍然有二極管效應(yīng),能夠同時(shí)產(chǎn)生自旋流和電荷流。同時(shí)我們還研究了另一種不規(guī)則的類似于“T”字形的硅烯納米帶(TSiNRs)結(jié)構(gòu)的熱自旋輸運(yùn)性質(zhì),在這種結(jié)構(gòu)中我們同樣發(fā)現(xiàn)了自旋塞貝克效應(yīng)及自旋塞貝克二極管效應(yīng),但在TSiNRs中,這些效應(yīng)的出現(xiàn)與納米帶寬度的奇偶沒(méi)有明顯關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)可以推廣到其他的自旋半導(dǎo)體材料中,并且為熱激發(fā)自旋電子學(xué)器件以及材料

5、的設(shè)計(jì)拓寬了思路。
  (2)我們研究了一種新型的鋸齒型石墨烯納米帶(Zigzag Graphene Nanoribbons,ZGNRs),該納米帶結(jié)構(gòu)由兩條最窄GNRs通過(guò)碳四元環(huán)在恰當(dāng)?shù)奈恢眠B接起來(lái),其Zigzag方向上的寬度為5個(gè)碳原子,形成新型鋸齒型石墨烯納米帶(5,5)-ZGNRs。我們將其邊緣碳原子都用一個(gè)氫原子鈍化,形成左右電極都為半無(wú)限長(zhǎng)的氫原子鈍化的(5,5)-ZGNRs同質(zhì)結(jié)。我們同樣對(duì)該同質(zhì)結(jié)器件進(jìn)行了熱自旋

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