幾種低維碳納米結(jié)構和磁性納米體系的電子輸運研究.pdf

1、隨著集成電路規(guī)模不斷的擴大，電子器件的尺寸變得越來越小，基于硅的傳統(tǒng)微電子技術已經(jīng)逼近了量子力學極限，微電子技術的進一步發(fā)展亟需新的材料和新的機制。納米材料的不斷涌現(xiàn)為電子技術的進步提供了可能。由于尺寸上的特點，納米材料表現(xiàn)出由量子限域效應引起的彈道輸運、量子隧穿等多種奇特的電學特性?；诖耍袡C小分子、石墨烯、石墨帶等碳納米材料以及單原子鏈、磁性隧道結(jié)等磁性納米體系表現(xiàn)出豐富的電學性質(zhì)。利用這些納米材料及其特性可以設計出功能各異的新型

2、納電子器件，推動電子技術的發(fā)展。本文中，我們利用密度泛函理論、緊束縛近似和格林函數(shù)等方法研究了幾種典型的低維碳納米材料和磁性納米體系的電子輸運性質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了一些新的電子輸運現(xiàn)象，解釋了其中的機制，并討論了它們在納電子學和自旋電子學方面的應用。
　　本文主要內(nèi)容如下：
　　第一章，介紹了納米材料所特有的一些特點，包括低維性、量子限域效應等，并對基于納米體系的納電子學和自旋電子學做了一個簡要概括。最后介紹了本文所要研究的內(nèi)容。

3、r>　　第二章，主要介紹了本文所用到的理論計算方法，包括密度泛函理論、緊束縛近似方法、Landauer-Büttiker公式和格林函數(shù)理論。其中，我們將緊束縛近似應用于SnTe這種拓撲絕緣體材料，建立了其緊束縛模型，并基于第一性原理計算給出該模型的緊束縛參數(shù)。
　　第三章，對光學開關分子DHA/VHF體系的電子輸運性質(zhì)進行了計算和解釋，并研究了化學基團吸附對其開關特性的影響。通過第一性原理的計算，我們發(fā)現(xiàn)兩種分子導電性的差異源于它

4、們在費米面附近本征態(tài)局域性的差別。此外，我們還研究了Br、CH3、NO2這三種基團吸附在DHA/VHF體系上對其開關特性的影響。根據(jù)計算結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)吸附位置是影響該體系開關性質(zhì)的主要因素。當這三種基團吸附在某個特定位置時，整個體系的開關比會大幅度提高?；鶊F本身對開關性質(zhì)也會有影響，其中NO2的吸附不會減弱體系的開關特性。
　　第四章，研究了由鋸齒形石墨帶和扶手椅形石墨帶組成的雙層石墨帶結(jié)構對鋸齒形石墨帶的電子輸運性質(zhì)的影響。此外

5、，扶手椅形石墨帶對鋸齒形石墨帶的作用會受到扶手椅形石墨帶的寬度、外加偏壓大小和兩層石墨帶的堆疊方式等幾個因素的影響。
　　第五章，研究了T型石墨帶的能帶結(jié)構和電流-電壓特性。扶手椅形T石墨帶的能帶表現(xiàn)出對于結(jié)構對稱性的明顯的依賴性。在寬度為偶數(shù)的扶手椅形T石墨帶的能帶上有狄拉克點出幾種低維碳納米結(jié)構和磁性納米體系的電子輸運研究.
　　其中的電子表現(xiàn)出類狄拉克-費米子的特點，而奇數(shù)寬度扶手椅形T石墨帶的能帶中則有一個明顯的帶隙

6、。在扶手椅形T石墨帶和鋸齒形T石墨帶構成的兩電極體系中，我們分別發(fā)現(xiàn)了負微分電阻和線性的電流-電壓特性曲線，這兩種現(xiàn)象與兩者能帶結(jié)構的特點密切相關。
　　第六章，我們主要研究了自旋螺旋結(jié)構和磁性孤立子對一維Mn單原子鏈的電子輸運性質(zhì)的影響。在自旋螺旋體系中，我們發(fā)現(xiàn)Fano共振現(xiàn)象的存在，這個現(xiàn)象可以歸因于局域的d態(tài)和導電通道的擴展態(tài)之間的耦合作用。對磁性孤立子體系而言，隨著中間鐵磁區(qū)域長度的增加，F(xiàn)ano共振現(xiàn)象得到加強，透射譜

7、上表現(xiàn)出透射峰劈裂的現(xiàn)象。借助于一維非共線磁性多層勢壘的理論模型，我們發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象廣泛存在于一維自旋螺旋和磁性孤立子體系中。最后，我們討論了自旋軌道耦合對Mn單原子鏈的電子結(jié)構和電子輸運的影響。
　　第七章，我們計算了Cu的氧化層對Cu/EuO/Cu隧道結(jié)的電子輸運性質(zhì)的影響。結(jié)果表明，Cu/O層的存在對費米面處多數(shù)自旋的透射系數(shù)有明顯的改變，這是由于Cu/O層改變了EuO和Cu電極之間的耦合作用，使Cu電極的費米面處于EuO能帶