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《中南大学》 2012年
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杂质、缺陷及边缘修饰对锯齿型石墨烯纳米带输运性质的影响

曹粲  
【摘要】:石墨烯纳米带因其特殊的几何结构和优越的电学性质,在纳米电子学领域具有极大的潜在应用价值,因而受到了越来越多研究者们的关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理和非平衡格林函数方法,对掺杂、缺陷以及边缘修饰的锯齿型石墨烯纳米带的电子结构及电荷输运性质进行了理论计算。主要研究内容如下: (1)研究了空位缺陷以及缺陷边缘掺杂对锯齿型石墨烯纳米带的电子结构和输运性质的影响。研究结果表明,具有空位缺陷和硼氮对掺杂的石墨烯纳米带显示为金属性,通过改变杂质类型可调控具有空位缺陷的石墨烯纳米带的输运性质。在低偏压作用下,具有空位缺陷和缺陷边缘掺杂的石墨烯纳米带的电流明显减少,导致了负微分电阻现象的出现,而分子前线轨道与电极间的耦合效应是出现负微分电阻的主要原因。 (2)研究了在不同自旋构型下,具有不同对称性的锯齿型石墨烯纳米带带边的氢化效应对电子输运性质的影响。研究发现,对于其中一边被单氢饱和,另一边被双氢化的体系,由于边缘的碳原子形成sp3杂化,对称和非对称的体系在铁磁构型下都具有自旋二极管效应;而在反铁磁构型下对称性体系具有自旋过滤效应,这是由于边缘缺陷导致的磁对称性破缺所引起的。另外,我们还研究了两端非对称氢化的石墨烯纳米带异构结的电子输运性质,发现了十分明显的单向导电性。(3)研究了边缘被Fe,Co,Ni三种过渡金属原子链取代的锯齿型石墨烯纳米带的输运性质。研究结果表明,体系的输运性质依赖于锯齿型石墨烯纳米带边缘的替代原子类型。过渡金属原子取代使体系电流明显减小,且Fe原子取代的体系出现明显的自旋过滤现象,Ni原子取代体系出现明显的负微分电阻效应,这些现象与电子在边缘态发生的共振反射相关,决定于边缘处磁性原子的电子特征。(4)研究了由两种不同电学性质的石墨烯纳米带拼接成的异质结的自旋输运性质。首先,研究了边缘分别被硼原子和氮原子掺杂的锯齿型石墨烯纳米带异质结。研究发现,边缘的不对称性掺杂引起了自旋极化效应,使自旋电流发生分裂;而对称性掺杂的异质结在反铁磁构型下出现了明显的单向导电性,显示出P-N结效应。其次,研究了六方氮化硼纳米带与石墨烯纳米带相拼接的异质结电子输运性质。研究结果表明,在反铁磁构型下异质结呈现出半导体特性,且在正偏压作用下体系具有自旋过滤效应。同时,我们还发现了明显的整流效应和巨磁阻效应。这些研究将为设计实际的纳米电子器件以及自旋电子器件提供了理论支持及思路。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TB383.1

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