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《华中科技大学》 2010年
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有机无机杂化分子的量子输运及器件设计

闵意  
【摘要】: 分子电子学研究的是分子水平上的电子学。其目标是用单分子、超分子和分子簇来代替硅基半导体晶体管等固体电子学元件组装逻辑电路,乃至组装成完整的计算机。由于传统硅基电子器件正在接近物理和尺寸的极限,而分子电子学和分子自旋电子学方面的研究能解决上述困难,所以越来越受到人们的关注。分子电子学的研究内容包括各种分子电子器件的合成、性能测试以及如何将它们组装在一起以实现一定的逻辑功能。人们预期下一代的纳米电子(例如分子电子学)将可能超越CMOS技术而达到新的器件式样,这种新的式样是基于像分子这样的奇异纳米材料或者是用自旋流代替电荷流的新颖的量子输运机制。自旋电子学是研究在固体系统中怎样去控制和操纵自旋这个自由度的一门科学,其研究核心在固体系统中的自旋极化的和自旋流的量子输运机制。与只考虑电荷不考虑自旋的传统半导体电子学相比,自旋电子学器件具有高密度,低功耗,高灵敏度等特点,具有不可估量的潜在应用价值。磁隧道结已经用于硬盘存储,巨磁阻也已经应用与读写头,全球产值达几百亿美元。 本论文的研究主要集中在以下几个方面。一,利用石墨烯纳米带和其他有机分子设计和构建器件(场效应管,二极管等等),应用第一性原理的方法(非平衡态格林函数结合密度泛函理论)的理论模拟方法研究有机分子,有机无机杂化分子器件的输运过程。研究重点集中在电输运中出现的场效应,整流效应负微分电阻效应的形成机理,为将来分子器件的实际应用提供理论基础。二,研究了低维磁性材料,为低维自旋电子学器件的制造建议了一些理论和实验基础。低维自旋电子学是结合纳米电子学和自旋电子学的交叉科学,他结合了两者的优势。我们发现过渡金属掺杂金纳米颗粒被巯基钝化后具有储氢的功能。我们还发现了一维的由贵重金属原子和过渡金属原子构成的半金属铁磁材料。特别的是这些半金属材料全部有金属原子组成。三,利用过渡金属掺杂的氮化硼纳米管构造了具有原子级别平滑的一维磁隧道结,发现了很高的隧道磁阻率。我们构建了六方相的钴/氮化硼/钴磁隧道结,除了发现很高的隧道磁阻外,我们还发现了对于不同结构的钴/氮化硼/钴,氮化硼势垒层感应的磁矩对自旋极化的输运性质和磁阻率具有很大的影响。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O561

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