原子链吸附对石墨纳米带自旋输运的调控

论文摘要

石墨烯由于其独特新颖的性质,被认为是新一代非晶硅电子学和自旋电子学基础材料。而准一维石墨纳米带的自旋输运性质的研究是自旋电子学中一个非常重要的研究热点。利用基于第一性原理和非平衡格林函数方法的ATK软件,本文研究了锯齿型石墨纳米带吸附原子链的自旋极化输运性质。讨论了原子链吸附位置的不同以及不同磁性质的原子链的吸附对石墨纳米带自旋极化输运的影响。研究发现原子链的吸附是操控自旋极化电子的有效方法,希望能够为设计和实现具有优良性能的自旋电子学器件提供物理模型和理论依据。全文共分五章,第一章主要介绍了石墨烯的研究进展,因其具有独特的量子性质,被认为是新一代电子学和自旋电子学的基础材料。第二章主要介绍了第一性原理方法,密度泛函理论和格林函数方法。包括ATK计算的理论基础是非平衡格林函数方法和密度泛函理论。ATK采用了一种当今最精确有效的DFT方法,是一个能模拟纳米结构体系和纳米器件的电学性质和量子输运性质的第一性原理电子结构计算程序。第三章我们研究了磁性的金属Fe原子链吸附锯齿型石墨纳米带的自旋极化输运性质。结果表明:当Fe原子链的吸附要比单个Fe原子的吸附引起更好的自旋极化。Fe原子链的吸附位置的不同,对边缘态的影响不同,导致的自旋极化的程度也不也一样。当Fe原子链在石墨带的中心位置吸附时,石墨纳米带由半导体转变为金属,可以在费米面附近引起完全的自旋极化。Fe原子链在石墨带的被边缘位置吸附,石墨纳米带则仍然保持半导体性质,在费米面附近引起更大范围的完全的自旋极化。在第四章中,我们研究了非磁性的原子链的吸附对石墨纳米带的自旋电子输运性质。结果表明:不管是吸附C原子还是Al原子链,石墨纳米带的一边的边缘态都会被破坏,自旋电子只能沿着石墨带的另外一边的边缘传输,在费米面附近会产生完全的自旋极化。吸附不同的原子链对石墨纳米带自旋输运的影响之所以不同的主要是通过对破坏其边缘磁距以及边缘态的对称性造成的影响不同。另外,吸附不同的非磁性的金属或非金属的原子链对石墨纳米带的带隙也具有有效的调节作用。吸附非磁性的非金属C原子链,石墨纳米带保持半导体性质。而吸附非磁性的金属Al原子链,石墨纳米带则有半导体转变为金属。第五章我们对本论文的工作进行简单的总结,并对石墨纳米带在自旋电子学领域的应用前景做了简要的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 石墨烯的研究进展
• 1.1.1 石墨烯的发现和制备
• 1.1.2 石墨烯特殊的电子结构和输运性质
• 1.1.3 磁性质以及调控
• 1.1.4 小结
• 1.2 石墨烯纳米带的研究进展
• 1.2.1 石墨烯纳米带的电子结构和自旋输运
• 1.2.2 石墨烯纳米带输运性质的调控研究
• 1.3 本论文的选题意义和研究内容
• 第2章 理论计算方法
• 2.1 第一性原理计算和密度泛函理论方法简介
• 2.2 格林函数方法和ATK 程序的电子输运理论基础
• 第3章 锯齿型石墨纳米带吸附磁性金属原子链的自旋极化输运
• 3.1 引言
• 3.2 计算模型与计算参数
• 3.3 结果与讨论
• 3.4 结论
• 第4章 锯齿型石墨纳米带吸附非磁性原子链的自旋极化输运
• 4.1 引言
• 4.2 计算模型和计算参数
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 结论
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文与研究成果