石墨烯纳米器件电子输运性质研究

论文摘要

随着集成电路上晶体管数量的急剧增加，传统意义上的半导体器件已经不能满足人们需求。此时飞速发展的自旋电子学开始利用电子自旋这个内禀属性来处理和携带信息。为了整合电子器件和自旋器件，需要一种新型的材料，这种材料同时具备电子器件和自旋器件所需要的重要性质。石墨烯自2004年被发现以来，以其奇异的物理特性，开始吸引着科学家们的兴趣。高的载流子迁移率，线性色散关系等使得石墨烯有希望成为未来电子器件的核心材料。本文主要分析和讨论了石墨烯纳米条带中，电子输运的物理性质。从相对论狄拉克方程出现，求解无静止质量狄拉克费米子的波函数，利用传递矩阵方法，以及布拉格反射方法对不同体系作了分析。论文主要的研究内容包含：(1)铁磁石墨烯结的自旋过滤效应。系统地研究了非对称常规/铁磁/常规/铁磁/常规石墨烯结中的电子自旋输运性质。在非垂直入射的情况下，这个石墨烯结呈现出完全自旋极化的性质，这相当于一个理想的自旋过滤器。通过施加门电压，可以实现对自旋极化电流的控制。考虑全角度入射时，自旋极化率也高达86%。(2)速度势垒对电子热效应的影响。这一章研究了有速度势垒存在的石墨烯纳米条带中，电子的热电性质。(3)非对称磁性超晶格的自旋极化。本章研究了磁性超晶格中出现一个高度异常的势垒时，电子自旋的输运性质。(4)非平行双势垒中的电子输运。本章用布拉格反射方法研究了石墨烯中，非平行双势垒的电子输运性质。包括透射随势垒夹角的影响。(5)对论文的研究内容进行总结，并展望未来的科研内容。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 石墨烯的发现与制备
• 1.1.1 背景
• 1.1.2 石墨烯的发现
• 1.1.3 石墨烯的制备
• 1.2 石墨烯的性质
• 1.2.1 能带结构
• 1.2.2 迁移率及散射机制
• 1.3 石墨烯的应用
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 铁磁石墨烯结的自旋过滤效应
• 2.1 引言
• 2.2 模型和公式
• 2.3 结果和讨论
• 2.4 总结
• 第三章 速度势垒对热自旋的影响
• 3.1 引言
• 3.2 热电效应
• 3.3 模型和方法
• 3.4 结果和讨论
• 3.5 总结
• 第四章 非对称磁性超晶格中的自旋极化
• 4.1 引言
• 4.2 模型和公式
• 4.3 结果和讨论
• 4.4 总结
• 第五章 石墨烯非平行势垒中的电子输运
• 5.1 常规方法解一维单势垒问题
• 5.2 布拉格反射方法解一维单势垒
• 5.2.1 基本思路
• 5.2.2 正向入射
• 5.2.3 负向入射
• 5.2.4 布拉格反射方法
• 5.3 石墨烯中的非平行双势垒的电子输运
• 5.3.1 石墨烯中单势垒隧穿
• 5.3.2 石墨烯中非平行双势垒的隧穿
• 5.4 结果和讨论
• 5.4.1 检验平行双势垒的隧穿
• 5.4.2 非平行双势垒的隧穿
• 5.5 结论
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间发表论文