Zr摻雜對石墨烯納米帶電學(xué)性質(zhì)的影響研究.pdf

1、石墨烯納米帶(GNRs)因其具有的特殊幾何結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的電學(xué)性質(zhì)，在納米電子學(xué)領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值，而過渡金屬元素在GNRs上的吸附或摻雜而使GNRs具有更多優(yōu)異的電學(xué)磁學(xué)特性，因而受到了越來越多的關(guān)注。本文采用基于密度泛函理論的第一性原理，首先對未摻雜的不同自旋極化構(gòu)型下GNRs的電學(xué)磁學(xué)特性進行計算，接著對Zr吸附、摻雜的GNRs的穩(wěn)定性、電學(xué)磁學(xué)性質(zhì)、傳輸特性進行了理論計算。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了四種不同自旋極化

2、構(gòu)型的鋸齒形石墨烯納米帶(ZGNRs)的電子結(jié)構(gòu)和傳輸特性。計算結(jié)果顯示，ZGNRs的電子傳輸特性很大程度上受到納米帶邊緣的電子自旋結(jié)構(gòu)的影響。對于平行的自旋組態(tài)(spin-parallel)結(jié)構(gòu)來說，在低偏壓下其電流-電壓是線性關(guān)系;對于反平行的自旋組態(tài)(spin-antiparallel)結(jié)構(gòu)，其傳輸特性具有很強的自旋極化依賴性，這樣的性質(zhì)使得該結(jié)構(gòu)可以作為潛在的自旋濾波器;而對于另外兩個自旋組態(tài)結(jié)構(gòu)，可以明顯看出其具有半導(dǎo)體特性，

3、在低偏壓時，該結(jié)構(gòu)具有很強的磁致電阻(magneto-resistance，MR)。
　　(2)研究了在扶手椅型石墨烯納米帶(AGNR)中吸附Zr元素的穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)以及傳輸特性。研究結(jié)果表明，Zr原子吸附在納米帶邊緣更加穩(wěn)定;AGNR吸附Zr原子后體系均具有鐵磁性(ferromagnetic，F(xiàn)M)，具有明顯的金屬性和自旋過濾現(xiàn)象，各體系還出現(xiàn)了明顯的負微分電阻效應(yīng)。
　　(3)研究了Zr元素在AGNR上不同位置、不同濃

4、度的摻雜的5種Zr-AGNR構(gòu)型，計算了各構(gòu)型的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電子結(jié)構(gòu)及傳輸特性。研究結(jié)果表明，各構(gòu)型均表現(xiàn)為非磁性(non-magnetic);在D型摻雜中，Zr原子摻雜在AGNR邊緣使體系更穩(wěn)定，而T型摻雜體系穩(wěn)定性最強;AGNR摻雜Zr元素后體系均具有金屬性:D型摻雜金屬性比T型摻雜強;雙邊同時摻雜的金屬性比單邊摻雜強。各體系的電子正向?qū)ǖ耐ǖ乐饕荶r原子鏈。
　　(4)研究了Zr在鋸齒形石墨烯納米帶中不同位置、不同濃度摻