納米器件中電子輸運的理論研究.pdf

1、隨著如今電子器件的特征尺寸逐漸進入減小到納米級別，器件中的量子效應開始凸顯。由于量子效應的引入，納米器件中的電子輸運表現(xiàn)出與經典器件中不同的特性，不再能用經典的輸運模型來描述，而必須采用新的量子輸運理論。本文主要通過直流輸運和交流輸運理論，研究了在納米器件中電子輸運的一些性質。
　　本文首先對基本的直流和交流輸運理論進行了介紹。這些輸運理論通常建立在不同的理論方法的基礎上，本文則集中介紹了散射矩陣和格林函數(shù)方法，并討論了這兩種不同

2、的輸運理論之間的聯(lián)系。該聯(lián)系的建立便于我們對這兩種不同輸運理論方法進行比較，并對其各自的適用范圍，局限性，所用近似等進行更深的理解。
　　在這些基本輸運理論的基礎上，本文首先利用電流圖像技術分析了三端納米器件中第三端對于器件輸運性質的影響。通過展示在不同配置下的器件內部電流圖像，討論了第三端與原有兩端器件之間的夾角和耦合強度對于器件中的輸運的影響。該直觀的電流圖像對于器件內部散射過程的分析是對器件的外部的直流電導的分析的有力補充。

3、
　　本文同時討論了由石墨烯納米帶構成的T-stub的交流輸運性質。在石墨烯納米帶中，存在著兩種性質截然不同的邊界結構，即armchair結構和zigzag結構。通過對其交流電導進行分析，我們發(fā)現(xiàn)其輸運行為表現(xiàn)出很大的邊界結構依賴性，這和對應的直流輸運的性質是吻合的。由于部分態(tài)密度自身包含著端口和散射信息，所以與態(tài)密度不同，我們可以通過對部分態(tài)密度分布的分析，更細致地研究器件的輸運性質。因此，我們分析了在一些特征能量點時T-stu

4、b結構中部分態(tài)密度的實空間分布，進一步的展示了armchair和zigzag結構納米帶的一些典型性質，如在armchair結構中的快速震蕩的橫向模式，和zigzag結構中的邊緣態(tài)等。
　　在電荷輸運的基礎上，我們將自旋指標引入到交流輸運理論中，初步建立了包含自旋堆積效應的自旋交流輸運理論。自旋堆積在交流輸運理論中的引入是通過考慮交換相互作用完成的。交換相互作用使得器件內部的電勢劈裂為與自旋相關的量，這與新引入的自旋自由度是相吻合的

5、。我們通過兩種模型來展示交換相互作用對于自旋交流輸運的影響，即兩端模型和帶有門極的三端模型。通過兩端模型，我們展示了基本的帶有交換相互作用的自旋輸運模型，并展示了自旋相關的內勢的基本性質。而在帶有門極的三端模型中，我們類比門極的電荷電容效應，引入了類似的自旋電容性效應。通過將這兩種電容效應進行對比，進一步展示了交換相互作用在自旋交流輸運體系中的作用。交換作用和庫倫相互作用項對于電荷和自旋交流電導的交叉作用同時展示了電荷和自旋作為電子的內