一維納米結(jié)構(gòu)電磁性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著科學(xué)的發(fā)展和工藝的進(jìn)步，人們不斷追求著體積更小、運(yùn)算更快、集成度更高的電子器件。但受多種物理原理的制約，基于傳統(tǒng)硅材料的電子器件已難以滿足這些要求。石墨烯等二維材料，由于各方面優(yōu)異的性質(zhì)，被認(rèn)為是硅材料的理想替代品。但在二維形態(tài)下，這些材料一般不具有磁性，無法在自旋電子器件方面得到應(yīng)用。因此，本文通過剪裁、邊緣修飾、缺陷、摻雜、應(yīng)力、外加磁場和外加電場等方法，對石墨烯和扶手椅型黑磷納米管的性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，并用第一性原理對它們的電磁性質(zhì)

2、進(jìn)行計算，從而得到可用于自旋電子器件設(shè)計的且性質(zhì)優(yōu)異的結(jié)構(gòu)模型。
　　本論文，首先介紹了二維材料以及對應(yīng)的一維材料的研究進(jìn)展，并對本文中采用的理論方法作了簡要的說明。然后，通過對石墨烯進(jìn)行剪裁，設(shè)計了具有“圣誕樹”形狀的的石墨烯納米帶，并通過計算發(fā)現(xiàn)所有尺寸的“圣誕樹”型石墨烯納米帶均為鐵磁基態(tài)的磁性半導(dǎo)體。而且，基于該結(jié)構(gòu)的電子器件，可實現(xiàn)擁有100％自旋極化的雙自旋過濾效應(yīng)、整流比高達(dá)1010的雙自旋二極管效應(yīng)以及巨磁阻達(dá)10

3、10％的自旋閥效應(yīng)。緊接著，對“圣誕樹”型石墨烯納米帶進(jìn)行了邊緣氟化。通過計算得知，用氟原子飽和的“圣誕樹”型石墨烯納米帶，其邊緣比用氫原子飽和的更加穩(wěn)定，且氟化后的“圣誕樹”型石墨烯納米帶有明顯的尺寸效應(yīng)。比如隨著尺寸的改變，它可以是自旋金屬、自旋半導(dǎo)體、半金屬或自旋無帶隙半導(dǎo)體。而且，為自旋金屬的氟化“圣誕樹”型石墨烯納米帶，在不同的磁型構(gòu)型下的輸運(yùn)性質(zhì)，可以表現(xiàn)出極化率達(dá)100％的雙自旋過濾效應(yīng)，整流比達(dá)1010的雙自旋二極管效應(yīng)

4、和最高達(dá)104％的巨磁阻效應(yīng)。此外，利用多晶石墨烯納米帶異質(zhì)結(jié)中晶界（線缺陷）中缺陷的不同排序，構(gòu)造出多個石墨烯納米帶異質(zhì)結(jié)。計算發(fā)現(xiàn)，晶界（如5-7線缺陷）會在異質(zhì)結(jié)中引入局域磁性，而線缺陷內(nèi)缺陷的排序不同，會使不同的異質(zhì)結(jié)產(chǎn)生不同的自旋輸運(yùn)。而且，這些異質(zhì)結(jié)在P磁構(gòu)型和AP磁構(gòu)型下的輸運(yùn)性質(zhì)，表現(xiàn)出自旋過濾、自旋整流和巨磁阻等效應(yīng)。通過分析發(fā)現(xiàn)，分子能級和其波函數(shù)與透射系數(shù)之間的關(guān)系，在產(chǎn)生自旋電子透射上起著關(guān)鍵作用。
　　最

5、后，用過渡金屬元素Fe、Co和Ni對扶手椅型磷納米管其進(jìn)行了替代型摻雜。計算結(jié)果表明，摻雜元素和摻雜位置對納米管的性質(zhì)有重要影響。如內(nèi)層摻雜時，只有Ni摻雜的納米管的能帶發(fā)生自旋分裂且表現(xiàn)出半金屬特性，而Fe和Co摻雜后的納米管表現(xiàn)為無磁性，分別為金屬和半導(dǎo)體。外層摻雜時，三種元素均能給納米管引入磁性，且表現(xiàn)出磁半導(dǎo)體和自旋半導(dǎo)體的特性。我們還討論了外加電場和外加應(yīng)力對磷納米管作用。
　　總的來說，研究了多個納米結(jié)構(gòu)的電磁性質(zhì)，期