石墨烯人工結(jié)構(gòu)中的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究.pdf

1、石墨烯是一種新型二維平面碳納米材料，其特殊的單原子層結(jié)構(gòu)決定了它具有豐富而新奇的性質(zhì)。過(guò)去幾年中，石墨烯已經(jīng)成為了備受矚目的國(guó)際前沿和熱點(diǎn)，在眾多領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文對(duì)一些石墨烯人工結(jié)構(gòu)的電子輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行模擬和計(jì)算，為其在納米電子器件等領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。主要的研究?jī)?nèi)容及其研究成果有以下幾個(gè)方面：
　　 (1)BN納米點(diǎn)對(duì)石墨烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明：能帶結(jié)構(gòu)與BN納米點(diǎn)的

2、幾何形狀、尺寸和濃度密切相關(guān)。由于電子-空穴對(duì)的對(duì)稱性，使得費(fèi)米能級(jí)附近的價(jià)帶和導(dǎo)帶幾乎關(guān)于費(fèi)米能級(jí)是對(duì)稱的。對(duì)于含有三角形BN納米點(diǎn)的石墨烯納米帶，當(dāng)B和N交換時(shí)，價(jià)帶和導(dǎo)帶正好關(guān)于費(fèi)米能級(jí)相互倒置。而且，由于C原子和多余B原子(或多余N原子)之間的軌道雜化，使得在費(fèi)米能級(jí)附近形成一條局域的能帶。另外，當(dāng)電子在含有BN納米點(diǎn)的石墨烯納米帶中輸運(yùn)時(shí)，在電導(dǎo)譜中會(huì)出現(xiàn)一系列的共振峰，其依賴于BN納米點(diǎn)之間的距離和納米點(diǎn)的形狀。由此通過(guò)控制

3、這些參數(shù)可以調(diào)制系統(tǒng)的電子響應(yīng)。
　　 (2)具有不同自旋組態(tài)的鋸齒型石墨烯納米帶的透射譜和電流-電壓特征。利用第一性原理研究發(fā)現(xiàn)：電流-電壓和透射譜特征與納米帶兩邊的自旋組態(tài)密切相關(guān)。發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩側(cè)自旋為平行組態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)金屬特征；當(dāng)兩側(cè)自旋為反平行組態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)半金屬特征，即對(duì)一種自旋的電子呈現(xiàn)金屬性而相反自旋的電子呈現(xiàn)絕緣體性，因而具有濾波效應(yīng)；其他組態(tài)時(shí)，呈現(xiàn)的是半導(dǎo)體行為。這些特征可通過(guò)兩邊電極的能帶結(jié)構(gòu)來(lái)解釋。而且當(dāng)自旋組態(tài)

4、從平行變?yōu)榉雌叫袝r(shí)，可觀察到大磁阻的產(chǎn)生。然而，中心散射區(qū)的摻雜影響了自旋極化電流和自旋濾波效率，使得自旋濾波效率降低、大磁阻消失。
　　 (3)利用第一性原理研究了兩種具有邊緣缺陷的石墨烯納米結(jié)的自旋輸運(yùn)，即邊界由氫原子飽和和未被飽和兩種情況。結(jié)果表明：邊緣缺陷改變了電子的輸運(yùn)行為。對(duì)于完整的石墨烯納米帶，兩種自旋的電子在費(fèi)米能級(jí)附近是完全簡(jiǎn)并的；對(duì)于含有邊緣缺陷的石墨烯納米結(jié)，兩種自旋的電子在費(fèi)米能級(jí)附近的很大能量范圍內(nèi)表現(xiàn)

5、出自旋分離。電子局域態(tài)密度可進(jìn)一步說(shuō)明這種輸運(yùn)行為。這些納米結(jié)可以產(chǎn)生與自旋相關(guān)的極化電流。特別地，對(duì)于未飽和的缺陷結(jié)，在任何偏壓下都有較高的自旋濾波效率。
　　 (4)不同周期勢(shì)的石墨烯超晶格組成的量子阱中的共振隧穿模特性。由傳輸矩陣的方法推導(dǎo)出石墨烯超晶格組成的量子阱中的本征模方程式。利用該嚴(yán)格的理論結(jié)果，討論了不同周期勢(shì)的石墨烯超晶格組成的量子阱晦的共振模的特性。研究表明：共振模的個(gè)數(shù)等于禁區(qū)超晶格的周期數(shù)目。這種結(jié)構(gòu)可以