摻雜對(duì)鋸齒型硅烯納米帶輸運(yùn)性質(zhì)的影響.pdf

1、硅烯納米帶有著與石墨烯納米帶類(lèi)似的幾何結(jié)構(gòu)和奇特的電學(xué)性質(zhì)，在納米器件中有著廣泛的應(yīng)用前景，近幾年來(lái)掀起了廣泛的研究熱潮。本文采用電子密度泛函理論與非平衡格林函數(shù)相結(jié)合的理論研究方法，系統(tǒng)地研究了原子替代摻雜對(duì)鋸齒型硅烯納米帶的自旋輸運(yùn)性質(zhì)的影響。
　　論文第一章講述硅烯的研究背景以及硅烯納米帶的電子性質(zhì)；第二章主要介紹了本論文所采用計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)，包括密度泛函理論和非平衡格林函數(shù)，并簡(jiǎn)單介紹了ATK計(jì)算軟件包；第三章和第四章

2、詳細(xì)介紹并總結(jié)了本論文的主要研究工作和成果。主要內(nèi)容和結(jié)論總結(jié)如下：
　?。?）研究了單原子或雙原子摻雜對(duì)鋸齒型硅烯納米帶的電子輸運(yùn)性質(zhì)的影響。根據(jù)納米帶兩個(gè)邊緣的自旋極化方向，我們分別研究了自旋極化反向的反鐵磁態(tài)（AFM）和自旋極化同向的鐵磁態(tài)（FM）硅烯納米帶。理論計(jì)算結(jié)果表明，在反鐵磁態(tài)下，單原子（Al/P）摻雜使硅烯納米帶在費(fèi)米能附近產(chǎn)生準(zhǔn)束縛態(tài)，并在電導(dǎo)譜中以電導(dǎo)谷的形式呈現(xiàn)出來(lái)。我們可以通過(guò)摻雜不同類(lèi)型的原子（Al/P

3、原子），或者改變相同原子的摻雜位置，獲得不同類(lèi)型（P型或N型）的硅烯納米帶。當(dāng)雙原子摻雜時(shí)，由于雜質(zhì)產(chǎn)生的準(zhǔn)束縛態(tài)彼此之間產(chǎn)生相互作用，使系統(tǒng)的輸運(yùn)性質(zhì)變得復(fù)雜。我們將兩個(gè)雜質(zhì)原子分別摻雜在納米帶的不同邊緣，由于產(chǎn)生的兩個(gè)準(zhǔn)束縛態(tài)分別分布在費(fèi)米能級(jí)的兩邊，體系的輸運(yùn)特性可以看作是由單原子摻雜表現(xiàn)出來(lái)的輸運(yùn)性質(zhì)的簡(jiǎn)單疊加。完美的鐵磁硅烯納米帶在費(fèi)米能附近的能量范圍內(nèi)電子輸運(yùn)通道是完全導(dǎo)通的，具有金屬性，而某些雙原子摻雜體系的上自旋或下自旋

4、電子的電導(dǎo)在費(fèi)米能附近的能量區(qū)域出現(xiàn)了低谷，也就是說(shuō)在費(fèi)米能附近只允許一個(gè)自旋電子導(dǎo)通，出現(xiàn)了顯著的自旋過(guò)濾效果。
　?。?）研究了線(xiàn)摻雜碳原子對(duì)鐵磁鋸齒型硅烯納米帶的電子結(jié)構(gòu)和輸運(yùn)性質(zhì)的影響。根據(jù)兩極輸運(yùn)系統(tǒng)的電極磁化方向不同，我們分別考慮了兩電極磁化平行（parallel,P）和兩電極磁化反平行（anti parallel,AP）兩種構(gòu)型。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)垂直于納米帶方向線(xiàn)摻雜碳原子時(shí)，與完美體系的電流電壓特性曲線(xiàn)相比，摻雜體系的

5、電流明顯減少，并在特定的偏壓范圍內(nèi)電流隨電壓的增加而減小呈現(xiàn)出負(fù)微分電阻效應(yīng)（negative differential resistance,NDR）。當(dāng)沿著納米帶方向線(xiàn)摻雜碳原子時(shí)，無(wú)論是改變摻雜位置還是納米帶的寬度，在電極磁化反平行構(gòu)型下，都可以使兩極體系在較寬的能量區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生很大的自旋極化輸運(yùn)，并且在費(fèi)米面上引起了更為顯著的近乎100％的自旋極化效果。這些奇特的研究結(jié)果將為制備諸如自旋過(guò)濾器等硅基納米電子器件提供了理論支持和研究