石墨烯条带纳米电子器件输运性质研究

【摘要】： 本文主要描述了第一性原理计算输运问题的算法细节和对石墨烯条带纳米电子器件的模拟结果。本文采用的计算方法是非平衡态格林函数与密度泛函(NEGF-DFT)。文章主要分为如下几部分：第一章主要介绍石墨纳米电子器件的学术与应用背景。其中将总结和阐述石墨的最新理论与实验上的进展,以及人们在该领域关心的问题和解决问题的困难。第二章给出使用NEGF-DFT方法的公式和算法细节,其中包括开放体系广义哈密顿矩阵的定义、基于广义哈密顿矩阵的推迟格林函数矩阵定义、Landauer-Butiker电流公式、以及能量空间态密度(DOS)和局域态密度(LDOS)的计算方法。计算中使用的围道积分算法和自恰循环流程也将在这一章给出。最后,以宽度为4的石墨烯条带作为例子,锯齿型边界的石墨烯条带的输运计算结果将在第三章中给出。在这一章中,讨论将集中在由外电场导致的最高占据态(HOMO)和最低未占据态(LUMO)轨道的重新分布,即纳米尺度上的电极化效应——该效应是调制石墨烯结电子输运性质的一个可能的机制。在本文中,我们将集中讨论石墨烯条带的散射区分子结构对其外电场响应的影响。这种由电极化效应引起的开关效应非常敏感,其Ⅰ-Ⅴ性质的开关比例非常可观。这就使石墨烯条带成为一种非常可能的未来纳米电子器件的备选材料。另外,通过对深能级的高精度计算,本文对NEGF-DFT计算石墨烯条带常见的透射谱的“坏点”给出了解释。本文的计算表明,在许多研究结果中广泛出现的“坏点”并不是由计算误差导致的：这些“坏点”与导线的能带结构密切相关。