检索结果-内蒙古大学图书馆

Chinese Journal of Chemical Physics 2023年第6期36卷 707-716,I0022-I0028,I0056,I0057页

作者：张广平孙云哲史妮萍于朝杰孔雅琦黄惠王子群山东师范大学物理与电子科学学院山东省医学物理图像处理技术重点实验室济南250358 齐鲁工业大学化学与化工学院山东省高校轻工精细化学品重点实验室济南250353 枣庄学院光电工程学院枣庄277160

单分子自旋逻辑门是分子自旋电子学中重要的功能器件之一.本文将两个二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子通过碳原子链相连然后再通过碳原子链连接到(4,4)单壁碳纳米管电极以构成单分子自旋逻辑门器件.利用第一性原理方法研究了周围空气... 详细信息

单分子自旋逻辑门是分子自旋电子学中重要的功能器件之一.本文将两个二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子通过碳原子链相连然后再通过碳原子链连接到(4,4)单壁碳纳米管电极以构成单分子自旋逻辑门器件.利用第一性原理方法研究了周围空气分子吸附对所设计单分子自旋逻辑门器件功能性的影响.理论计算结果表明,所设计的单分子器件根据对输入和输出信号定义的不同可以实现AND、NOR或XNOR逻辑运算功能.将其置于空气中时,CO_(2)气体分子的吸附不影响器件的逻辑运算功能.相反,当O_(2)、N_(2)或H_(2)O分子吸附时,器件不再具有上述逻辑运算功能.进一步分析发现,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与吸附CO_(2)气体分子间相互作用很.弱,分子器件费米能级附近的电子态几乎不受影响.然而,二苯并四氮杂[14]轮烯钴配合物分子与O_(2)、N_(2)或H_(2)O分子间相互作用较强,导致分子器件费米能级附近的导电态远离费米能级,从而使自旋向上和自旋向下的电子都不导通,进而使逻辑运算功能失效.研究工作表明,周围空气中的气体分子吸附对单分子器件功能性具有重要影响.

关键词：单分子器件分子自旋逻辑门非平衡格林函数方法密度泛函理论

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界面非简谐声子散射的非平衡格林函数理论

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工程热物理学报 2025年第06期 1969-1974页

作者：郭洋裕哈尔滨工业大学能源科学与工程学院

固态界面热输运中非弹性声子散射的理解与建模是热物理领域的一个公开难题。本文基于声子非简谐非平衡格林函数方法，发展了一种计算和分解界面频谱能量交换的理论模型，研究分析了Si/Ge界面热输运。对于高频声子，局域非简谐散射主导... 详细信息

固态界面热输运中非弹性声子散射的理解与建模是热物理领域的一个公开难题。本文基于声子非简谐非平衡格林函数方法，发展了一种计算和分解界面频谱能量交换的理论模型，研究分析了Si/Ge界面热输运。对于高频声子，局域非简谐散射主导界面能量交换，而对于中低频声子，局域和非局域散射同等重要。界面声子模态的非简谐衰减起到桥接界面两侧声子体模态的关键作用。本文的研究将促进对界面热输运机理的认识和未来的理论模型发展。

关键词：界面热阻非平衡格林函数方法非简谐声子散射

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dπ-pπ共轭对分子电子输运性质影响的理论研究

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厦门大学学报（自然科学版） 2024年第1期63卷 34-42页

作者：余梦宵梁蕾孙铭骏武汉科技大学材料与冶金学院湖北武汉430081

[目的]探究Ⅳ主族的C、Si、Ge等原子与不同离域基团形成的dπ-pπ共轭对相应分子体系电子输运性质的影响.[方法]采用密度泛函理论结合非平衡格林函数(DFT-NEGF)方法探究了含Ⅳ主族元素(C、Si、Ge)的三类分子:四乙基烷烃分子(C_(9)H_(20)... 详细信息

[目的]探究Ⅳ主族的C、Si、Ge等原子与不同离域基团形成的dπ-pπ共轭对相应分子体系电子输运性质的影响.[方法]采用密度泛函理论结合非平衡格林函数(DFT-NEGF)方法探究了含Ⅳ主族元素(C、Si、Ge)的三类分子:四乙基烷烃分子(C_(9)H_(20)S_(2)、SiC_(8)H_(20)S_(2)、GeC_(8)H_(20)S_(2)),四乙炔基烷烃分子(C_(9)H_(4)S_(2)、SiC_(8)H_(4)S_(2)、GeC_(8)H_(4)S_(2)),四苯基烷烃分子(C_(25)H_(20)S_(2)、SiC_(24)H_(20)S_(2)、GeC_(24)H_(20)S_(2))的电子输运性质.[结果]在四乙基烷烃分子中,中心原子Ge由于具有更为扩展的d轨道与碳氢(C—H)σ键存在dπ-pπ轨道相互作用,四乙炔基烷烃分子中乙炔基与Si的d轨道也存在dπ-pπ共轭,而在四苯基烷烃分子中苯环基团间存在额外的π-π弱相互作用,其均有利于电子离域,增大单分子电导.[结论]该研究一定程度上建立了dπ-pπ共轭作用与分子电子输运性质之间的联系,可为含Ⅳ主族中心原子分子在单分子电子学器件中的应用提供参考.

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数方法 Ⅳ主族元素单分子电导轨道成分分析

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场控单分子器件性能和机制的理论研究

场控单分子器件性能和机制的理论研究

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作者：孙峰山东师范大学

学位级别：博士

随着半导体制造工艺的不断革新和进步,硅基半导体材料的局限性凸显出来。当半导体电子器件小到纳米尺寸时,电子器件的量子效应变得不可忽略,且相邻器件之间有可能出现电子隧穿效应,这对芯片的制造、封装和正常工作都带来巨大挑战。单分... 详细信息

随着半导体制造工艺的不断革新和进步,硅基半导体材料的局限性凸显出来。当半导体电子器件小到纳米尺寸时,电子器件的量子效应变得不可忽略,且相邻器件之间有可能出现电子隧穿效应,这对芯片的制造、封装和正常工作都带来巨大挑战。单分子器件采用单个分子作为功能单元连接在两个电极之间,有望解决传统半导体器件进一步微型化所遇到的困难和限制,并且实现更优异的电学性能。场控分子器件作为分子集成电路中的重要组成单元,具有低功耗、高灵敏度、尺寸小和快速响应等优点。为了揭示场控分子器件的工作机理,科研工作者已经开展了大量的实验和理论研究,设计和制备出了种类多样的场控分子器件。然而,目前人们对场控分子器件工作机理的理解还不够深入,因此,进一步开展场控分子器件性能和机制的研究是非常必要的。论文基于密度泛函理论和非平衡格林函数方法研究了栅压和光场对分子器件输运性质的调控机理。研究了分子的取向、电极形状与距离、电极对称性等因素对分子结在栅压作用下输运性质的影响和调控机理以及偶氮苯分子在光场作用下发生异构变化而引起的电输运性质的变化。论文包括以下研究内容和结果: 1.栅压对二氟化[1,2-双（4-苯基乙炔基苯基）]乙烷分子（DPE-2F）分子结整流性质的影响栅压调控是通过引入第三端电极（栅极）在源漏电极之间产生栅极电场并作用于分子,以调节分子前线轨道相对于体系费米能级的排列,进而有效调控分子的电子传输性质。DPE-2F分子由于具有不对称的非平面结构,因此一般认为其可能具有较好的整流特性,且其整流特性可以随栅压变化而变化,为此我们系统研究了栅压和偏压对DPE-2F分子轨道和能级进而对其电子输运性质的影响。结果显示,在正栅压下,最低未占据分子轨道（The Lowest Unoccupied Molecular Orbital,LUMO）主导着电子传输,其波函数更离域并扩展至整个分子。在-1 V和-2 V的偏压下,最初离域的LUMO局域到了分子的右侧,并且比在0 V栅压下的LUMO更局域。因此,正栅压明显改变LUMO的空间分布,并进一步提高了分子整流性能。在负栅压下-2 V到2 V偏压范围内,最高占据分子轨道（The Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO）相对于最初的局域状态变得高度离域,其波函数扩展至整个分子。负栅压下正负偏压对分子轨道的影响差别不大,因此负栅压下偏压几乎对DPE-2F分子的整流没有调控作用。 2.栅压对S-（CH2）3-Fc-（CH2）9-S分子结电输运性质的影响研究发现以二茂铁为核心通过不同长度的饱和碳链与金电极相连的分子结展现出非常优异的整流特性。我们研究了S-（CH2）3-Fc-（CH2）9-S（简记为C3Fc C9）分子在栅压和偏压共同作用下电输运特性。结果显示,栅压和偏压控制下C3Fc C9分子结的电流和电导图中展现出了规则而有趣的共振输运区和库仑阻塞区,其规则变化特性完全来自于栅压和偏压对分子能级规则的线性移动作用。我们进一步在电流随栅压和偏压变化的分布图中选取栅压与偏压变化区间,预测了以二茂铁为核心单分子结具有多种逻辑门计算功能和信号倍频功能,并且成功地通过了实验证实。通过计算不同结构的12个三端器件的两个导电分子轨道之间的能差发现它们稳定在110 me V左右,表明电极界面结构对两个导电分子轨道能级的稳定性影响较小,证明了两个相邻的导电分子轨道是Fc基分子器件的固有特性之一。由于分子-栅极耦合与分子-电极耦合之间的竞争作用,一些分子器件的栅压控制率和偏压控制率显示出负相关性,导致三端器件的偏压控制率通常小于没有栅极的两端分子器件的偏压控制率。 3.电极距离对S-（CH2）3-Fc-（CH2）9-S场控分子结电输运性质的影响由于S-（CH2）3-Fc-（CH2）9-S分子较长,且具有较大的弹性,实验构筑的C3Fc C9分子结电极距离可能存在较大差别,而不同电极距离可能影响到分子与电极的连接以及分子的几何形状,并进一步对分子的电输运性质产生调控作用。为此,我们计算了不同电极距离下和不同栅压控制下C3Fc C9分子结的结构和电输运性质。计算显示可以稳定实现逻辑计算的电极距离区间为[D0-1.2（?）,D0+1.2（?）],其中D0为平衡电极距离。当电极在平衡距离1.2（?）内改变时,对输运有明显贡献的分子轨道的能量及其空间分布变化很小,即共振输运轨道的贡献几乎不受影响。当电极距离改变幅度超过1.2（?）后,分子形变引起对输运有明显贡献的分子轨道发生更替,能量差变大。在电极偏压作用下,对输运有贡献的分子轨道能量分别与两电极化学势成线性变化,在无栅极和有栅极作用下,偏压引起能级的变化幅度分别为0.45 e V/V和0.35 e V/V。当电极距离由平衡电极距离增加到3.8（?）时,栅压对轨道的调

关键词：场控分子结逻辑计算光异构分子非平衡格林函数方法密度泛函理论

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单元素类石墨烯拓扑材料电子的自旋输运性质研究

单元素类石墨烯拓扑材料电子的自旋输运性质研究

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作者：马力渤海大学

学位级别：硕士

现如今,纳米器件高密度集成时的高功耗和过热问题,已经成为半导体工业发展亟待解决的焦点和前沿问题。由于拓扑绝缘体具有受拓扑保护、无损耗以及能够克服缺陷散射的输运性质,因而基于拓扑绝缘体设计和制备的低功耗电子器件有望提供可... 详细信息

现如今,纳米器件高密度集成时的高功耗和过热问题,已经成为半导体工业发展亟待解决的焦点和前沿问题。由于拓扑绝缘体具有受拓扑保护、无损耗以及能够克服缺陷散射的输运性质,因而基于拓扑绝缘体设计和制备的低功耗电子器件有望提供可行的解决方案。一般情况下,对于不同的单元素类石墨烯拓扑材料,其本征的有效自旋轨道耦合强度也有所不同,这导致其在面对外场响应时存在差异。考虑到不同材料在器件设计方面的应用潜力,本文选取了硅烯(Silicene)、锗烯(Germanene)和锡烯(Stanene)等不同的Ⅳ族单元素类石墨烯拓扑材料,基于Bloch-Floquet理论、非平衡格林函数方法和低能Dirac理论,研究了不同外场及组合调控下各种拓扑材料的自旋输运性质以及相关场效应晶体管(FET)模型的理论设计。主要工作概况如下: 1.研究了不同方向局域交换场组合对锡烯电子自旋输运的影响。计算结果表明与锡烯自旋相关的电导、边缘态和体能带都显著地依赖于不同区域交换场的方向和强度,并阐述了交换场强度与能带失配之间的关系。 2.利用非共振偏振光场诱导的边缘态相变和局域光场引起的能带失配,从理论上设计了一种自旋偏压驱动的硅(锗)烯光控场效应晶体管,计算了非共振圆偏振光场对晶体管输出电流的影响。结果表明硅(锗)烯的拓扑性质与漏极电流的输出特性均受控于入射圆偏振光场的手征性和强度,最后比较了硅(锗)烯光控晶体管的性能。 3.在纳米尺度范围内研究了有序和无序硅烯的电子自旋输运特性。计算结果表明穿过散射区的低能电子输运路径的选择与散射区域的长度有关,电子输运路径可以利用弱电场的调控进行切换,并阐述了无序程度与由于量子隧穿效应存在而产生的关态漏电现象的关系,最后探讨了抑制纳米级晶体管关态漏电的有效方法。

关键词：拓扑绝缘体非平衡格林函数方法场效应晶体管电子自旋输运

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应力调控碳纳米管基分子器件输运性质的研究

应力调控碳纳米管基分子器件输运性质的研究

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作者：常艺山东师范大学

学位级别：硕士

碳纳米管（CNTs）于1991年被日本学者饭岛澄男（Sumio Iijima）在用电弧法制备C60时发现。由于其具有稳定的准一维结构和优异的电学、力学性能,因而被认为是一种制备纳米线的理想材料,在分子器件领域具有广泛的应用前景。如何调控分子... 详细信息

碳纳米管（CNTs）于1991年被日本学者饭岛澄男（Sumio Iijima）在用电弧法制备C60时发现。由于其具有稳定的准一维结构和优异的电学、力学性能,因而被认为是一种制备纳米线的理想材料,在分子器件领域具有广泛的应用前景。如何调控分子纳米线的电荷输运性质进而使其实现功能化是分子电子学研究的关键问题之一。本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法,系统地研究了（4,4）CNT双电极分子器件对应力的响应机理。本文的主要研究内容和结果如下: 1.径向单轴应力调控碳纳米管基分子器件输运性质的研究当沿径向施加不同的单轴应力压缩碳纳米管时,器件的电导与应力呈负相关。而且,器件的电流对应力的响应也受到压缩方向的影响。碳纳米管的几何结构不仅在特定的压缩方向上出现对称破缺,导致其材料属性从导体转变为半导体,而且在这个特定的径向单轴应力作用方向上可以看到明显的π堆叠行为。更有趣的是,在低偏压下,分子器件的电流可以通过压缩碳纳米管电极实现完全切断,进而获得开关比高达10～3的显著开关行为。本文通过对能带结构、透射谱、前线分子轨道和透射路径的分析,揭示了这些现象的潜在机制。 2.径向双轴应力调控碳纳米管基分子器件输运性质的研究为了进一步研究碳纳米管在径向双轴应力调控下其器件的输运特性,本文构建了两种双轴应力的构型。首先,我们将相互垂直的双轴应力施加在与坐标轴（X轴和Y轴）平行的方向上。在一定应力范围内,该器件的电导与应力呈负相关。但随着应力的增大,波函数显示出明显的π堆叠行为,在一定程度上造成了器件电流的抬升。当应力进一步增加,碳纳米管电极从导体属性转变为半导体属性,分子器件出现明显的开关行为,开关比高达10～6。其次,我们将径向双轴应力的施力方向绕碳纳米管轴向旋转15°后施加应力,发现碳纳米管电极不仅展现出半导体属性,而且其能带具有较大的带隙,能够实现纳米结电流在应力作用下的快速降低,从而设计出一种不受偏压限制的高效纳米开关。 3.轴向应力调控碳纳米管的电学性质该部分分析了沿轴向施加不同应力拉伸碳纳米管的能带结构,并与已研究的单轴径向应力调控下的器件电极能带结构进行比较分析。由于轴向拉伸与径向压缩都令碳纳米管管径变细,使得轴向拉伸碳纳米管展示出与径向压缩类似的能带结构演变趋势和能带Bloch波函数空间分布。因此,理论上推断通过轴向拉伸碳纳米管同样可以设计出电导可控的分子器件。本论文共有六个章节:第一章为绪论部分,主要介绍分子电子学以及本文研究的碳纳米管材料。第二章介绍本文所采用的理论计算方法,其中包括密度泛函理论和基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法。第三章至第五章系统地介绍研究的内容和结果,阐明计算模型、方法以及相关结果。第三章探究了两种径向施力方向下,单轴应力对碳纳米管基分子器件电输运性质的影响,并分析了不同构型和不同压缩层间距出现高低电导和分子开关特性的内在机制。第四章研究了径向双轴应力调控下碳纳米管基分子器件的输运性质。第五章分析了轴向应力调控下碳纳米管形变对其能带结构的影响。这些电子输运性质使碳纳米管成为实现电导可控纳米器件的一种很有前途的候选材料。在第六章对本文研究工作进行总结,并阐述对未来工作的展望。

关键词：碳纳米管应力分子开关非平衡格林函数方法密度泛函理论

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基于二维材料的场效应晶体管界面及性能的理论研究

基于二维材料的场效应晶体管界面及性能的理论研究

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作者：董密密山东师范大学

学位级别：博士

场效应晶体管是集成电路的重要组成部分,在信息科学与技术领域起着重要的作用。随着场效应晶体管的尺寸进入纳米量级,短沟道效应越来越突出,这导致传统硅基场效应晶体管达到了其物理极限。二维材料具有超薄的厚度并且表面没有悬挂键,这... 详细信息

场效应晶体管是集成电路的重要组成部分,在信息科学与技术领域起着重要的作用。随着场效应晶体管的尺寸进入纳米量级,短沟道效应越来越突出,这导致传统硅基场效应晶体管达到了其物理极限。二维材料具有超薄的厚度并且表面没有悬挂键,这使得它们具有良好的静电门控能力。因此,二维半导体材料有望成为补充甚至代替传统硅基半导体材料的候选者。在用二维半导体材料作为短沟道场效应晶体管的沟道材料时,还存在着挑战和问题。一方面由于二维材料具有超薄的厚度,到目前为止还没有找到合适且可控的掺杂方法。因此,通常选择二维半导体材料与金属材料直接接触进行载流子注入。但是在二维半导体和金属的接触界面处通常会产生肖特基势垒,这大大地削弱场效应晶体管的性能。如何减少甚至消除界面势垒是亟待解决的问题。另一方面基于二维半导体材料的短沟道场效应晶体管的性能如何以及如何提高其性能,能否对其进行多方面的应用仍是有待研究的问题。在本文中我们利用密度泛函理论结合非平衡格林函数的计算方法对上述有关问题进行了较系统的研究。本文的第三、四、五章关注第一方面的问题,第六章和第七章则关注第二方面的问题,主要的研究内容和结果概括如下:1.4-h T2型石墨炔与金属的界面性质4-h T2石墨炔具有多孔结构、sp1和sp2杂化方式、出色的电导率和高载流子迁移率等性质,是一种非零带隙半导体,在多个领域里显示出巨大的应用前景。我们系统地研究了它与具有不同功函数的金属电极（Cu,Au,Ni,Al,Ag,Cr2C,Ta2C和V2C）接触的界面性质。研究结果表明,4-h T2石墨炔与不同的金属接触在纵向和横向界面都能够形成理想的欧姆接触,并且4-h T2石墨炔与多种金属电极形成弱的费米钉扎。以Au电极为例,计算了其晶体管的伏安特性,电流随电压的线性变化进一步显示了界面的欧姆接触特性。本研究工作表明4-h T2型石墨炔可作为理想的沟道材料。2.各向异性C2N与金属的界面性质及其调控单层C2N材料因具有合适的带隙和较高的载流子效率,在下一代光电子器件领域具有广阔的应用前景。我们系统地研究了各向异性的单层C2N材料与不同金属材料（Al,Ti,Ni,Cu,Ag,Pt,V2C,Cr2C和石墨烯）的界面接触性质及对其调控方法。研究结果表明,界面接触性质与电极材料的功函数、C2N各项异性的电子结构性质和费米钉扎的强弱有关。进一步,我们研究了调控界面接触性质的方法。将h-BN/石墨烯插入到形成肖特基接触的C2N-Pt体系中,费米钉扎效应被有效地减弱,体系形成了理想的欧姆接触。本研究工作为理解和调控基于C2N短沟道场效应晶体管的界面性质提供了理论指导。3.蓝磷相ⅣA-ⅥA半导体与MXenes的界面性质及亚5 nm场效应晶体管二维半导体与二维金属材料在界面处易形成弱相互作用,有利于避免产生费米钉扎效应。蓝磷相ⅣA-ⅥA半导体是一类具有合适带隙和较高载流子迁移率的半导体,有望成为场效应晶体管的沟道材料。不同末端基团饱和的二维MXenes材料具有较强的稳定性且呈现金属性质,是一类合格的电极材料。我们研究了蓝磷相ⅣA-ⅥA半导体材料与不同饱和方式的二维金属MXenes材料接触的纵向和横向界面性质,并针对两个界面均形成欧姆接触的体系,研究了亚5 nm场效应晶体管的性能。研究发现,-OH末端饱和的MXenes材料和Ti3C2O2更倾向于与半导体材料形成欧姆接触。并且,形成欧姆接触的亚5nm场效应晶体管表现出较大的开关比。经优化后,3 nm栅长场效应管的开关比显著提高,并且门控能力显著增强,亚阈值摆幅可以降低到热离子极限以下。本研究工作为在二维纳米电子学中实现欧姆接触和高性能短沟道场效应晶体管提供了理论指导。4.基于新型Janus材料WSi2P2As2的亚5 nm场效应晶体管通过寻找或者设计合适的二维半导体材料设计高性能短沟道场效应晶体管对于器件的小型化非常重要。基于2020年最新合成的Mo Si2N4材料,我们预测了新型二维Janus材料WSi2P2As2,并且系统地研究了它的电子结构性质及其在场效应晶体管方面的应用。研究结果表明WSi2P2As2是一种具有合适带隙和较高载流子迁移率的新型二维半导体材料,且基于WSi2P2As2构建的亚5 nm场效应晶体管性能可以达到国际半导体技术路线图中对于高性能器件的要求。本研究工作为面向短沟道场效应晶体管应用的二维材料设计提供了理论参考。5.基于Mo Si2As4场效应晶体管的开关和气敏性能Mo Si2As4作为一种具有合适带隙和高载流子迁移率的新兴二维半导体材料,在多个领域具有广泛的应用前景。我们从理论上提出了基于Mo Si2As4的多功能器件,它可以实现开关和气体传感的功能。基于Mo Si2As4的5 nm栅长单栅极的场效应晶体管的关键性能指标可以满足国际半导体技术路线图对于高性能器件的要求,且具

关键词：二维材料场效应晶体管界面性能密度泛函理论非平衡格林函数方法

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边缘钝化锡烯的输运性质研究

边缘钝化锡烯的输运性质研究

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作者：陈志辉杭州电子科技大学

学位级别：硕士

锡烯是一种新型的二维材料,其拥有着优异的量子效应、超导性和热电特性,在诸多领域中都有着十分广阔的前景。而对于锡烯输运性质的理论研究能够为锡烯的实验和工业化应用产生十分重要的指导作用,具有重要意义。本文基于锡烯,建立了边缘... 详细信息

锡烯是一种新型的二维材料,其拥有着优异的量子效应、超导性和热电特性,在诸多领域中都有着十分广阔的前景。而对于锡烯输运性质的理论研究能够为锡烯的实验和工业化应用产生十分重要的指导作用,具有重要意义。本文基于锡烯,建立了边缘钝化锡烯的异质结模型。研究发现,边缘钝化作用下的锡烯纳米条带存在能带弯曲与电导共振现象。本文研究了边缘钝化、边缘电场、交换场对锡烯能带的影响。结果表明,边缘钝化能够改变锡烯纳米条带的边缘量子态,且不同的钝化元素将改变边缘能带的弯曲方向和形状;边缘反对称电场能模拟或复制钝化原子诱导的能带结构和输运性质,而边缘对称电场则使锡烯纳米条带产生带隙并诱导自旋谷极化效应;在铁磁交换场的作用下,锡烯纳米条带可以实现有效的自旋极化。本文还研究了边缘结构类型、线缺陷和无序杂质对锡烯纳米条带的能带和输运性质的影响。计算表明,锯齿型边缘锡烯纳米条带的能带结构和输运性质与扶手椅型边缘构型锡烯明显不同。扶手椅型边缘结构的锡烯纳米条带不存在边缘态,其输运性质受到纳米条带几何尺寸的调制。边缘线缺陷会降低锡烯纳米条带的电导强度,诱导零电导平台。拥有第Ⅱ类线缺陷构型的锡烯纳米条带具备带隙,且其电导峰易被外加电场调制;无序杂质则会降低锡烯纳米带的电导值和边缘钝化诱导的电导共振。

关键词：非平衡格林函数方法锡烯边缘钝化自旋极化线缺陷无序杂质输运性质

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基于HgTe量子点输运性质和量子计算的研究

基于HgTe量子点输运性质和量子计算的研究

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作者：桂勇安徽理工大学

学位级别：硕士

近年来,集成电路尺寸已进入到介观尺寸标准内,各种各样的物理效应会阻碍集成电路的前进与发展,从而制约摩尔定律。因此,为延续和拓宽集成电路,可以考虑优化集成电路的器件材料。Hg Te拓扑绝缘体量子点是一种内部绝缘,表面导电的新型材料... 详细信息

近年来,集成电路尺寸已进入到介观尺寸标准内,各种各样的物理效应会阻碍集成电路的前进与发展,从而制约摩尔定律。因此,为延续和拓宽集成电路,可以考虑优化集成电路的器件材料。Hg Te拓扑绝缘体量子点是一种内部绝缘,表面导电的新型材料,存在自旋相反的边缘态,所以其具有构成器件的潜力。因此,本文研究了小尺寸Hg Te量子点在铁磁电极间的电流输运;同时,由于Hg Te量子点qbit的四周存在几个带有栅极电压的铁磁电极,很难在一个Hg Te量子点qbit旁边放置其他的双Hg Te量子点qbit。所以,本文提出了一种理论上可行的多Hg Te量子点qbit可编程操控耦合方案。具体研究内容及贡献如下:(1)首先推导出小尺寸Hg Te量子点的能带和电子态密度函数,然后根据该函数绘制能带图和电子态密度图,了解量子点边缘态电子的分布情况,并与传统量子点进行比较。随后,利用非平衡格林函数方法,推导出Hg Te拓扑绝缘体量子点在两个铁磁电极之间的电流公式,并且基于该电流公式,研究量子点厚度、温度和缺陷对输运电流的影响。实验结果表明,由于小尺寸Hg Te量子点边缘态的能带位于体态带隙之中,在小偏压下会产生电流,导致Hg Te量子点的输运性能优于传统半导体量子点。同时,输运电导会随着量子点的厚度变大、温度增高和缺陷增大而减小。(2)介绍了基于Hg Te量子点结构实现qbit的具体措施,涵盖了电子qbit、自旋qbit的哈密顿量形式、物理实现、操纵方法等内容,也分析了几种Hg Te量子点的耦合体系,以及耦合作用:排斥作用、互换作用。同时,提出了一种理论上可行的简单的多Hg Te量子点qbit可编码耦合操纵途径,解决了单个量子点qbit无法同时耦合多个相邻的量子点qbit的问题。图[14]表[1]参[45]

关键词：非平衡格林函数方法拓扑绝缘体 HgTe量子点电子输运量子计算

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二维第Ⅴ主族三卤化物的电子结构及输运性质的第一性原理研究

二维第Ⅴ主族三卤化物的电子结构及输运性质的第一性原理研究

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作者：米久龙河北大学

学位级别：硕士

自从2004年石墨烯被发现以来,二维纳米材料由于其稳定的几何结构、优异的电子性质越来越引起凝聚态物理、材料学等领域科研人员的关注。本论文基于第一性原理的方法来探讨了二维纳米材料（MX3）-第五主族（M=N,P,As,Sb,Bi）三卤（X=F,Al... 详细信息

自从2004年石墨烯被发现以来,二维纳米材料由于其稳定的几何结构、优异的电子性质越来越引起凝聚态物理、材料学等领域科研人员的关注。本论文基于第一性原理的方法来探讨了二维纳米材料（MX3）-第五主族（M=N,P,As,Sb,Bi）三卤（X=F,Al,Br,I）化物合-的几何结构、电子结构及（弹道/散射）输运性质。首先,我们从声子谱的角度来探讨了它们的动力学稳定性,发现Bi I3和Sb I3两种化合物是动力学稳定的而Bi Br3、Bi Cl3及Sb Br3仅在M点有微小的虚频,Bi Br3、Bi Cl3和As I3可能具有动力学稳定性。接着,我们利用第一性原理的分子动力学研究Bi I3和Sb I3在1000K下的热力学稳定性,发现它们是热力学稳定的。接下来,我们从两个角度来探讨其电子输运特性。一是利用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法来研究弹道输运性质并给出二维纳米材料的电压-电流曲线进而得到了其用作场效应管模型器件的开关比、亚阈值斜率等。发现了二维Bi I3搭建的场效应管的短沟道效应可以通过双栅极结构有效得到抑制,并且亚阈值摆幅值随着栅极长度增加会被降低;源漏两电极掺杂金原子的二维Bi I3搭建的场效应管能达到相比其它其它掺杂原子最低的亚阈值摆幅262.3,掺杂银原子能达到相比最高的开关比1.363×10～5。另一方面利用密度泛函理论结合半经典玻尔兹曼输运理论的方法来研究其散射输运性质并计算了二维纳米材料的电导率、塞贝克系数及电子热导率进而得到电子热功率因子及电子所贡献的热电优值等。研究了Bi I3、Bi Br3、Bi Cl3、Sb I3和As I3的热电输运性质。最后,我们通过考虑三阶力常数来计算了二维纳米材料的声子热导率,它的声子热导率低至22.64 m Wm-1K-1。Bi I3有较好的热电优值,在最佳电子掺杂浓度1.3×1019cm-3时室温下能达到1.44,而空穴下则为3.06。发现它们具有极低的声子热导率并可以作为良好的热电器件。

关键词：二维纳米结构输运性质非平衡格林函数方法半经典玻尔兹曼输运理论

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