几种六角蜂窝结构二维材料的电子输运性质研究

来源 :南京邮电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Bai_cat
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近年来,以石墨烯为代表的二维材料受到了越来越广泛的关注。在这之中,具有六角蜂窝结构的二维材料,因为其独特的几何结构而具有丰富且优异的电、光、力和磁等性质。基于此,在本文中我们通过密度泛函理论结合非平衡格林函数来研究几种具有六角蜂窝结构的新型二维纳米材料的电子输运特性。文章首先介绍了低维纳米材料的结构特点和纳电子学的基本内容,接着介绍了研究所用到的方法和理论。基于第一性原理,研究了三种六角蜂窝结构二维材料的电子结构及其输运性质。首先,依据实验进展,本文构建了多个单原子锯齿边缘过渡金属硫化物纳米带结构:Sc S2、VS2、Cr S2、Fe S2、Ni S2、Mo S2和WS2。研究发现,所有的这些单原子锯齿边缘的过渡金属硫化物纳米带都在费米面附近有一个不为0的透射系数,呈现出金属性。但对于单边Sc S2纳米带,引入单原子边缘上的缺陷,会在费米面处形成带隙而转为半导体性。这表明,单原子边缘缺陷可用于调控Sc S2等过渡族金属硫化物的电子性质。其次,本文依据实验结果设计了孔洞分布不同的孔洞型石墨烯纳米带,在验证其稳定性的基础上,研究孔洞分布不同对电子输运性质的影响。发现纳米带在栅极电压调控的作用下,会产生金属-半导体性转变,并具有良好的自旋过滤性质。在单排孔洞时,通过增加孔洞的个数,使不同栅极电压费米面处上下自旋透视系数最大值发生改变。进一步地将孔洞型石墨烯中的单排孔洞扩展为双排,能使孔洞型石墨烯出现自发(不加栅极电压)的自旋过滤现象,但透射系数随每排孔洞个数的增加而降低,从而抑制电子输运。此外,特定的栅极电压能使得纳米带呈现出自旋过滤特性,这对未来的自旋纳电子器件的发展有着理论指导价值。此外,本文研究了不同边缘组合的硼烯纳米带在铁磁态与反铁磁态下的电子输运性质。发现铁磁状态下,部分边缘组合的硼烯纳米带呈现产生自旋不极化的输运现象,而部分边缘组合的纳米带则表现为自旋极化。进一步研究表明,在反铁磁态下磁矩会只分布在特定边缘一侧,从而导致其呈现出自旋极化的特性。而上下边缘相同时,磁矩就会在两边同时分布,电子的输运性质则表现为自旋不极化。硼烯纳米带边缘不同所带来的自旋极化与否,会对未来硼烯纳米带的实际使用具有指导意义。
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