拓?fù)湔{(diào)控對(duì)螺旋型石墨烯電子輸運(yùn)性質(zhì)影響的研究.pdf

1、低維納米材料的發(fā)現(xiàn)和制備，推動(dòng)了電子器件小型化、集成化、多功能化的快速發(fā)展。由于維度受限，許多獨(dú)特的量子特征使其明顯區(qū)別于宏觀三維結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，這些優(yōu)越的性能為多功能量子化電子器件的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。石墨烯作為低維材料體系重要的一員，具有完美的晶格結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電子特征，被視為代替?zhèn)鹘y(tǒng)硅基電子器件最具潛力的材料之一。人們通過(guò)各種手段對(duì)石墨烯的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其電子結(jié)構(gòu)的完美調(diào)控，以滿足不同功能器件的需求。最近，具有

2、空間螺旋型幾何結(jié)構(gòu)特征的石墨烯，即螺旋型石墨烯，引起了人們的研究興趣。原因在于，螺旋型石墨烯同時(shí)具有單層石墨烯和多層石墨烯的結(jié)構(gòu)特征和相互作用。其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)和電子特征，為多功能電子器件的設(shè)計(jì)和制造提供了更多的可能性，具有潛在的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。
　　本文主要研究螺旋型石墨烯在邊緣摻雜、邊緣異構(gòu)和軸向應(yīng)力作用下，電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的變化特征。分析挖掘螺旋型石墨烯作為電子器件或自旋電子器件的輸運(yùn)機(jī)理，同時(shí)闡述層間相互作用對(duì)一維無(wú)

3、限螺旋型石墨烯電子結(jié)構(gòu)的影響，具體可分為如下內(nèi)容：
　　基于密度泛函理論(DFT)，結(jié)合非平衡格林函數(shù)方法，研究硫原子邊緣摻雜對(duì)螺旋型石墨烯作為電子器件的影響。螺旋型石墨烯通過(guò)能與金原子進(jìn)行強(qiáng)耦合的硫醇基團(tuán)與金電極連接構(gòu)建分子電子器件。研究表明，在外施偏壓下，流經(jīng)初始螺旋型石墨烯的總隧穿電流主要由載流子層間隧穿貢獻(xiàn)，并未沿螺旋結(jié)構(gòu)形成螺旋電流。而經(jīng)過(guò)硫原子邊緣摻雜，沿螺旋型分子邊緣的載流子傳輸路徑被打開(kāi)，形成螺旋電流，而且總隧穿電

4、流的強(qiáng)度在較大偏壓條件下得到了明顯增強(qiáng)。另外，隧穿電流對(duì)外施偏壓的響應(yīng)還展現(xiàn)出負(fù)微分電阻效應(yīng)(NDR)。上述輸運(yùn)性質(zhì)為螺旋型石墨烯作為異質(zhì)結(jié)分子電子器件提供了理論預(yù)測(cè)。
　　螺旋型石墨烯還可被應(yīng)用于空間自旋電子器件。通過(guò)邊緣異構(gòu)化，引入碳六元環(huán)構(gòu)建三角形邊緣結(jié)構(gòu)，可以誘導(dǎo)螺旋型石墨烯產(chǎn)生多種自旋極化邊緣態(tài)，進(jìn)而調(diào)控自旋極化載流子的隧穿模式。在外施偏壓作用下，初始螺旋型石墨烯自旋極化輸運(yùn)特征只由鋸齒型石墨烯電極貢獻(xiàn)，層間隧穿依然是載

5、流子的主要傳輸模式，且隧穿強(qiáng)度相對(duì)較弱。在邊緣引入三角形結(jié)構(gòu)后，螺旋型石墨烯的自旋輸運(yùn)特征得到了明顯的增強(qiáng)，同時(shí)誘導(dǎo)自旋極化載流子向中間螺旋結(jié)構(gòu)擴(kuò)散。對(duì)于一些體系沿螺旋結(jié)構(gòu)的邊緣產(chǎn)生了完美螺旋電流。構(gòu)建三角形結(jié)構(gòu)數(shù)量和位置不同，相應(yīng)的體系也展現(xiàn)出不同的自旋輸運(yùn)特征。
　　一維無(wú)限螺旋型石墨烯在邊緣異構(gòu)和軸向應(yīng)力的作用下，可以實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體——金屬性的相變轉(zhuǎn)換。在平衡狀態(tài)下，具有自旋極化結(jié)構(gòu)特征的螺旋型石墨烯并不顯示磁性特征，原因在于較