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《苏州大学》 2017年
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类石墨烯二维材料的边缘态与热电性质

潘婷婷  
【摘要】:运用非平衡格林函数方法结合基于第一性原理的密度泛函理论,本文研究了类石墨烯二维材料中的边缘态电子结构与相应的热电性质。我们主要计算了锯齿型石墨烯纳米带(Zigzag Graphene Nanoribbons,ZGNRs)中边缘双原子掺杂对自旋输运和热电性质的调制。同时我们还模拟了二维拓扑绝缘体镍-双二硫(Ni_3C_(12)S_(12))的极窄纳米带中边缘态的电子结构,发现类似自旋半金属的性质。论文首先综述了石墨烯和镍-双二硫复合纳米片的制备方法、研究背景以及各自独特的电子性质。其次介绍了使用的计算模拟软件包ATK和NanoDcal,以及其中用到的密度泛函理论和量子输运理论的格林函数方法。在此基础上论文详细阐述了硕士期间的研究工作:(1)研究了零偏压下在同一边缘共同掺杂硼原子和氮原子的,铁磁态锯齿型石墨烯纳米带的几何结构、电子能带、自旋输运和自旋热电性质。不在相邻位置的硼原子和氮原子杂质基本上彼此独立。在费米能附近,氮原子的能级略低于费米能,而硼原子的能级略高于费米能。在硼原子和氮原子相邻共掺杂的情况下,它们在费米能附近的杂质态相互耦合。这时氮原子的自旋下杂质能级和硼原子的自旋上杂质能级同时向费米面靠近,分别处于自旋上和自旋下边缘态能带与费米面之间,并紧邻费米面。由于局域的杂质态会阻碍电子的传输,上自旋和下自旋透射谱分别在费米面上下出现透射谷。在窄纳米带中,两个谷的宽度大于它们之间的距离,费米能级处自旋的透射谱斜率相反。根据Mott公式可知,这两个相反的斜率能极大地增强自旋热电效应。当纳米带宽度增加时,两个谷之间的距离也会增加,这时自旋热电效应逐渐减弱。(2)研究镍(双二硫)拓扑绝缘体纳米带的原子结构、电子能带以及波函数。论文主要研究对象为宽度n=2的极窄纳米带。在忽略自旋轨道耦合(SOC)时,其电子能带是自旋简并的;考虑自旋轨道耦合(SOC)之后,在能量E1=0.47 eV和E2=0.62 eV处(费米能为零)分别有两条能带出现明显的自旋分裂,表现出较强的相互耦合。耦合点(即K1=0.4635?~(-1),E1=0.47 eV和K2=0.135?~(-1),E2=0.62 eV)附近的电子能带和波函数显示表现出自旋半金属特性,其中一个自旋的上下能带交叉而另一自旋的两能带反交叉。
【学位授予单位】:苏州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:O469

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