基于二維材料碳化硅及硅烯納米帶的熱自旋輸運(yùn)性質(zhì)的研究.pdf

1、基于自旋電子學(xué)及熱電子學(xué)相結(jié)合的熱自旋電子學(xué)在未來的的信息科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，為未來開發(fā)出多功能材料和器件，特別是未來熱電轉(zhuǎn)換和低能耗器件的設(shè)計指明了新的方向，打破了傳統(tǒng)電子學(xué)和自旋電子學(xué)的局限。本文采用基于密度泛函理論并結(jié)合非平衡態(tài)格林函數(shù)的方法，分別研究了鋸齒型碳化硅及低翹曲結(jié)構(gòu)硅烯納米帶構(gòu)建的異質(zhì)結(jié)器件的熱自旋電流輸運(yùn)性質(zhì),具體開展了如下兩個方面的工作：
　?。?）我們設(shè)計了一個基于鋸齒型邊緣碳化硅納米帶異質(zhì)結(jié)的兩極器件，

2、并研究了其溫度差誘導(dǎo)的熱自旋電流輸運(yùn)性質(zhì)。該器件是由左電極的硅原子邊緣用兩個氫原子鈍化和碳原子邊緣用一個氫原子鈍化，同時右電極的硅原子和碳原子邊緣都用一個氫原子鈍化，異質(zhì)結(jié)的寬度由四個原子組成。通過計算它的熱自旋電流輸運(yùn)的結(jié)果顯示：熱自旋極化電流隨溫度及溫差變化曲線在超過一定的溫度,大約300K處，它的熱自旋向下的電流急劇增長，同時它的熱自旋向上的電流幾乎為零，表現(xiàn)了由溫差誘導(dǎo)的完美的自旋過濾效應(yīng)和效率極高的溫控自旋開關(guān)效應(yīng)。除此之外，

3、熱自旋電流隨溫度變化曲線還表現(xiàn)出熱致負(fù)微分電阻效應(yīng)并伴隨有量子震蕩現(xiàn)象。因此，我們預(yù)測鋸齒型碳化硅納米帶可以用來設(shè)計出具有多功能的熱激發(fā)自旋電子學(xué)器件。
　?。?）我們構(gòu)造了硅烯納米帶（N-ZSiNRs）異質(zhì)結(jié)器件，研究了鋸齒型邊緣硅烯納米帶的熱自旋輸運(yùn)性質(zhì)。我們同樣構(gòu)造了一款左半無限長硅烯納米帶單邊用一個氫原子鈍化，右半無限長雙邊緣都由一個氫原子鈍化的異質(zhì)結(jié)。首先研究了(4-ZSiNR-H)/(4-ZSiNR-H2)器件的熱電輸

4、運(yùn)，研究結(jié)果表明通過源極和漏極間溫差的調(diào)控，該器件的熱自旋電流自旋向上和自旋向下的電流分別向著相反方向流動，凈電荷流幾乎為零，表現(xiàn)出了完美的自旋塞貝克效應(yīng)。我們通過調(diào)控外加磁場實(shí)現(xiàn)巨磁阻效應(yīng)。同時我們計算了不同寬度的硅烯納米帶(N-ZSiNR-H)/(N-ZSiNR-H2)（其中N表示垂直于ZSiNRs的armchair方向Si原子個數(shù)）器件的熱電輸運(yùn),研究結(jié)果顯示偶數(shù)N的硅烯納米帶其自旋向上的電流和自旋向下的電流數(shù)量級相當(dāng)，電流曲線幾

5、乎完全對稱，并在某些溫度處其總的電荷流為零，即只有純凈的自旋流，大大減少了器件的能量耗散，從而更有利于熱激發(fā)自旋電子學(xué)的應(yīng)用。而奇數(shù) N的納米帶破壞了熱自旋流的對稱性，具有較大的總電荷流，并且總的電荷流呈現(xiàn)出了豐富的物理性質(zhì)。另外我們也能通過門電壓來調(diào)控奇數(shù)寬度的硅烯納米帶，尋找到了一種可靠的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)純凈自旋流的方法，且通過門電壓可以調(diào)節(jié)總的電荷流實(shí)現(xiàn)負(fù)微分電阻效應(yīng)和整流效應(yīng)。最后通過固定一端左電極溫度，我們改變溫差的方向，同時發(fā)現(xiàn)了自