摻雜對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)，并簡單介紹了ATK計算軟件包；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。我們可以通過摻雜不同類型的原子（Al/P

3、原子），或者改變相同原子的摻雜位置，獲得不同類型（P型或N型）的硅烯納米帶。當(dāng)雙原子摻雜時，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)生的兩個準(zhǔn)束縛態(tài)分別分布在費(fèi)米能級的兩邊，體系的輸運(yùn)特性可以看作是由單原子摻雜表現(xiàn)出來的輸運(yùn)性質(zhì)的簡單疊加。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，也就是說在費(fèi)米能附近只允許一個自旋電子導(dǎo)通，出現(xiàn)了顯著的自旋過濾效果。
　?。?）研究了線摻雜碳原子對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摻雜碳原子時，與完美體系的電流電壓特性曲線相比，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)沿著納米帶方向線摻雜碳原子時，無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濾器等硅基納米電子器件提供了理論支持和研究