检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：张影南京航空航天大学

学位级别：博士

近几十年来,自旋电子学领域已经发生了巨大的变化,尤其是巨磁阻效应和自旋矩效应的发现和相关器件的实现之后。作为自旋电子器件的基本构成单元,铁磁体和反铁磁体是决定器件性能的一个重要因素。在铁磁体和反铁磁体中,磁化都是沿着同一... 详细信息

近几十年来,自旋电子学领域已经发生了巨大的变化,尤其是巨磁阻效应和自旋矩效应的发现和相关器件的实现之后。作为自旋电子器件的基本构成单元,铁磁体和反铁磁体是决定器件性能的一个重要因素。在铁磁体和反铁磁体中,磁化都是沿着同一条直线,因此可以认为是共线磁序。人们通过控制两个铁磁体的磁化是平行还是反平行,得到“开”和“关”两种状态。目前,巨磁阻效应,隧穿磁阻效应以及自旋矩效应均已进行广泛的实验或理论研究并认为具有广泛的应用前景。除了共线磁序之外,在一些情况下会出现非共线磁序,即磁性原子的磁矩并不沿着某一直线,这种非共线磁序带来了一些新的物理效应,如磁化阻挫等。尤其是在磁隧道结中,由于材料生长的原因,铁磁/绝缘体界面极易形成非共线磁序的过渡金属氧化物层,其电子输运性能还未进行深入的研究。为了揭示自旋电子输运中的非共线磁序效应,我们对几类非共线磁序系统,如石墨烯纳米带,石墨烯纳米带/氮化硼/石墨烯纳米带磁隧道结,Mg O/Ni O势垒构成的磁隧道结等,开展了密度泛函/非平衡格林函数计算,系统研究了磁化分布,透射系数,电流与隧穿磁阻等,研究了物理机理。本文的主要研究内容如下:(1)第一章,阐述了自旋电子学的研究背景和历史,以及共线磁序与非共线磁序,并对这两类磁序下的电子输运研究领域做了简要介绍。(2)第二章,介绍了已广泛应用于电子输运计算的密度泛函/非平衡格林函数方法,并简要地介绍了基于数值原子轨道的密度泛函方法以及哈密顿矩阵的构建方法,尤其是非共线磁序下带来的变化。采用该方法,我们也给出几种简单的例子,如金原子链、拓扑绝缘体薄膜与镍原子链在非共线磁序下的电子输运,对非共线磁序下的磁化分布与电子输运特征给出了简要的介绍。(3)第三章,目前,石墨烯纳米带的电子输运计算大多是共线磁序下的计算,非共线磁序下的计算还不太多,如何理解非共线磁序对石墨烯纳米带的磁化分布和自旋电子输运性质的影响是一个有趣的物理问题。在这一章中,我们考虑左右电极磁化形成不同的偏转角的磁畴壁,通过固定左右电极的磁化方向来获得中心区的磁化分布,并计算了透射系数与偏转角之间的关系。我们的计算结果表明,磁化分布与初始磁化分布和中心区长度密切相关,而透射系数是否与偏转角有关主要取决于电子能量,这一结果可以从Chantis所建立的非共线磁序隧穿理论获得很好的解释。(4)第四章,为了调制石墨烯纳米带的电子输运性能,设计石墨烯/氮化硼/石墨烯纳米带的磁隧道结来调控电子输运性能是一个可能的研究方向,而且这种异质结也在最近的实验中被合成出来。在这一章中,我们首先探讨了共线磁序下的磁化分布与电子输运行为,考虑不同的石墨烯/氮化硼的界面结构,获取了磁化分布与界面结构之间的关联特征,揭示了磁化分布背后的物理机理。另外,我们也计算了不同磁隧道结的电子输运性能,探讨了界面结构与势垒厚度对于电子输运的影响。除了上述共线磁序的结果,我们也开展了非共线磁序的计算,获得了中心区的磁化分布以及电流等物理量的特征。(5)第五章,这一章的计算工作主要受到***等人的实验工作的启发,他们通过在Fe/Mg O/Fe磁隧道结中插入Ni O薄层形成Fe/Mg O/Ni O/Fe磁隧道结。结果表明:磁隧道结表现出不对称的特征,在负偏压区域出现负的隧穿磁阻。为了解释这一负隧穿磁阻的现象,我们研究了一系列磁隧道结,如Fe/Mg O/Fe、Fe/Ni O/Fe、Fe/Mg O/Ni O/Fe三类磁隧道结的透射系数、电流和TMR,系统探讨了不同厚度的磁隧道结的电子隧穿机制,着重探讨了两类效应,即自旋翻转效应和界面电子态对于隧穿磁阻的影响,结合实验结果分析了实验和理论存在差异的原因。(6)第六章,对本文的研究工作进行了总结和展望。

关键词：非共线磁序电子输运石墨烯纳米带磁隧道结密度泛函方法非平衡格林函数方法

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光驱动分子开关电输运性质第一性原理研究

光驱动分子开关电输运性质第一性原理研究

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作者：邵丽娜山东大学

学位级别：硕士

分子电子学由于其在纳米功能材料领域的潜在应用价值一直备受科研人员关注,主要研究内容为利用单分子及分子团簇,如单壁或多壁的碳纳米管、有机小分子以及高分子等来构造各种功能性的电子器件,并且研究这些分子电子器件的电特性或光特... 详细信息

分子电子学由于其在纳米功能材料领域的潜在应用价值一直备受科研人员关注,主要研究内容为利用单分子及分子团簇,如单壁或多壁的碳纳米管、有机小分子以及高分子等来构造各种功能性的电子器件,并且研究这些分子电子器件的电特性或光特性。近年来,随着实验技术和理论方法的进步和发展,使得人们设计,测量并计算具有不同功能的分子电子的器件成为可能。这些基于单分子的电子器件具有独特的物理性质,包括负微分电阻效应,分子整流现象,开关效应,存储器和二极管等等。其中,由于分子开关具有存储信息和传递信息的特质,对于分子开关的研究成为了前沿课题。根据触发因素的不同,分子开关可以分为两类:电开关和光开关。前者在电场或者电流脉冲等外部触发因素下实现开态和关态的转化,而后者则是在光的触发下实现电流开/关状态的相互转化。由于光的反应时间短而且容易获得,光是非常理想的外部触发因素,因此光开关引起了科学家们的广泛关注。本文,我们利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的办法,系统地研究了旋转分子马达和二芳基乙烯分子的电子输运性质,探讨其作为分子光开关的可能性。研究内容和主要结论有:1.光驱动旋转分子马达光分子开关Feringa第二代光驱动分子马达在360°旋转过程中,两种异构体分别为anti-folded和syn-folded,计算发现,通过顺势异构体的电流总是大于通过反式异构体的电流,这意味着在一个旋转周期中,分子的导电性改变了四次。这种光引起的周期性电导改变特质使得分子马达具有光分子开关潜质。两种异构体的不同的输运特性主要是由于分子的有效共轭长度。顺势异构体费米能级附近的透射峰来源于HOMO轨道,顺势异构体的HOMO轨道相对于反式异构体来说更加离域。而且反式异构体的透射峰距离费米能级较远,因此相对于顺势异构体,反式异构体的导电性较差。2.二芳基乙烯光分子开关实验上发现了二芳基乙烯分子吸收可见光可以实现双向转变。通过我们的计算模拟发现,通过闭环化合物的电流远远大于通过开环化合物的电流。电流比高达2700,使其呈现出良好的开关特性。另外,在我们的闭环态器件中还出现了负微分电阻现象(NDR)。开环化合物在费米能级附近没有透射峰是其导电能力弱的原因。开环化合物的HOMO和LUMO轨道都是局域的,而闭环化合物的LUMO轨道是离域的,在费米能级附近的透射峰来自LUMO轨道,因此LUMO轨道是主要的电子输运轨道。闭环化合物在偏压0.8V时,偏压窗内的的透射峰积分大于其在偏压为0.9V时的透射峰积分,这是其出现NDR的原因。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数方法分子开关电子输运

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末端基团和分子长度对分子器件电输运性质影响的理论研究

末端基团和分子长度对分子器件电输运性质影响的理论研究

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作者：初蕾山东师范大学

学位级别：硕士

随着电子元器件尺寸一步步缩小至纳米量级,探究纳米材料电荷属性的纳米电子学应运而生,此时经典理论将不再适用,需要利用量子理论来描述电子行为。作为纳米电子学的一个重要分支,分子电子学是采用单分子、超分子或者分子团簇构建功能性... 详细信息

随着电子元器件尺寸一步步缩小至纳米量级,探究纳米材料电荷属性的纳米电子学应运而生,此时经典理论将不再适用,需要利用量子理论来描述电子行为。作为纳米电子学的一个重要分支,分子电子学是采用单分子、超分子或者分子团簇构建功能性分子器件,并通过实验研究或理论计算的手段来探寻其电荷输运性质的学科。迄今,人们已在实验室中制备和观测到具有分子二极管、分子开关、分子传感器等一系列功能特征的分子器件。但诸如制备成本高、可重复性差以及集成化等问题严重阻碍了分子器件的应用。为此,如何借助理论方法理解分子器件的工作原理以及发展制备器件和探测器件性能的技术成为分子电子学重要的研究内容。本文分别研究了末端基团对电输运性质的影响,及多联苯分子整流器件的分子长度效应。具体研究内容和结果如下:(1)末端基团对反式1,2-二苯乙烯的电导及整流性质的影响我们研究了反式1,2-二苯乙烯通过不同末端基团连接到金电极上构成分子结的电输运特性。理论计算研究表明,分子结的轨道能级受末端基团的影响。当分子结两端使用亚甲基作为末端基团时,其电流比末端基团为异氰基时的电流高出一个数量级,且比两端选用硫醇基为末端基团分子结的电流高了两倍。当两端末端基团不同时,由于体系的不对称性,体系呈现了整流性质。当中间分子的碳-碳双键变为碳-碳单键时,分子结整流性质更明显,整流比可达到20左右。(2)多联苯分子整流器件的分子长度效应我们选取多联苯分子为中间分子,研究了分子长度效应对多联苯分子整流器的整流性质的影响。数值计算表明,分子长度的增加会使分子体系的整流比有了数量级上的提升,这是由分子轨道能量的不对称移动导致的。通过研究在偏压的影响下多联苯分子轨道能量的移动和波函数空间演化,详细分析了多联苯分子体系的整流机制。我们还发现,在多联苯分子中存在两种影响整流方向的机制,这两种机制在影响分子整流器的整流方向上的作用是相反的。分子器件的整流方向会随着两种机制主导地位的改变而发生改变。当分子长度增加时,这两种机制的主导地位会发生转换,从而导致分子体系整流方向发生反转。论文共由以下五章组成:第一章为前言,简述了分子电子学的发展,简单介绍了实验和理论方面对分子器件的研究。第二章为理论计算方法,介绍了理论研究中被广泛应用的密度泛函理论,以及非平衡格林函数方法。同时还介绍了在计算电荷输运性质时所用到的自洽迭代过程。第三章详细阐述了末端基团对反式1,2-二苯乙烯的电导及其对整流性质的影响。第四章中我们计算并详细分析了多联苯分子整流器件的分子长度效应,阐述了上述现象及其机理。第五章对本文工作进行了简单的总结以及提出对未来工作的期望。

关键词：整流分子电子器件非平衡格林函数方法密度泛函理论

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双吡啶基烷烃硫醇分子整流性能调控的理论研究

双吡啶基烷烃硫醇分子整流性能调控的理论研究

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第十九届全国原子与分子物理学术会议

作者：张广平王善魏明志胡贵超王传奎山东师范大学物理与电子科学学院济南250358

调控单分子整流器件的整流性能是分子电子学的一个研究热点。本文利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法，研究了双吡啶基团在烷烃硫醇分子中位置的改变对整流性能的影响。计算结果表明，双吡啶基烷烃硫醇分子的整流方向及整流性能... 详细信息

调控单分子整流器件的整流性能是分子电子学的一个研究热点。本文利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法，研究了双吡啶基团在烷烃硫醇分子中位置的改变对整流性能的影响。计算结果表明，双吡啶基烷烃硫醇分子的整流方向及整流性能可以通过改变双吡啶基团在烷烃硫醇分子中的位置得到有效调控。

关键词：分子整流非平衡格林函数方法

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键桥共轭特性对D-Bridge-A型分子整流性能影响的理论研究

键桥共轭特性对D-Bridge-A型分子整流性能影响的理论研究

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第十九届全国原子与分子物理学术会议

作者：苏文霞左希谢震张广平王传奎山东师范大学物理与电子科学学院山东济南250358

利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了 D-Bridge-A型分子中间键桥共轭特性对分子整流性能的影响1.通过对芳基炔衍生物分子2采用氰基-硫醇基不对称末端基团取代，设计了三种D-Bridge-A型整流分子(中间键桥共轭特性分别为交叉... 详细信息

利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法研究了 D-Bridge-A型分子中间键桥共轭特性对分子整流性能的影响1.通过对芳基炔衍生物分子2采用氰基-硫醇基不对称末端基团取代，设计了三种D-Bridge-A型整流分子(中间键桥共轭特性分别为交叉共轭的分子AQ、线性共轭的分子AC和无共轭性的分子AH)，并对其整流特性进行了研究.

关键词：分子整流共轭特性非平衡格林函数方法密度泛函理论

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二茂铁基烷烃硫醇分子整流性能奇偶效应及其反转机制的理论研究

二茂铁基烷烃硫醇分子整流性能奇偶效应及其反转机制的理论研究

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第十九届全国原子与分子物理学术会议

作者：王善魏明志胡贵超王传奎张广平山东师范大学物理与电子科学学院济南250014

本文利用基于密度泛函理论的非平衡格林函数方法，研究了利用金或银作电极的二茂铁基烷烃硫醇分子的整流特性。结果表明，二茂铁基烷烃硫醇分子具有明显的整流特性，并且随着烷烃链中亚甲基单元数目奇偶性的变化，整流比呈现出奇偶效应。

关键词：分子整流奇偶效应非平衡格林函数方法

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基于Fe和Fe-X6（X=C,O）掺杂单层MoS2的热自旋输运性质的研究

基于Fe和Fe-X6（X=C,O）掺杂单层MoS2的热自旋输运性质的研究

引用

作者：邹飞华中科技大学

学位级别：硕士

自旋塞贝克效应的发现给自旋电子学的探索增添了很多研究方向,是自旋卡路里电子学研究的一个显著特征。自旋卡路里电子学关注材料或者器件中载流子自旋与热流的影响,这有助于我们寻找绿色能源和材料。MoS2及以其为基础的材料具有很多优... 详细信息

自旋塞贝克效应的发现给自旋电子学的探索增添了很多研究方向,是自旋卡路里电子学研究的一个显著特征。自旋卡路里电子学关注材料或者器件中载流子自旋与热流的影响,这有助于我们寻找绿色能源和材料。MoS2及以其为基础的材料具有很多优良的性质,在自旋电子学和自旋卡路里电子学领域拥有极大的应用前景,吸引了许多理论和实验团队从事MoS2相关材料的研究。在本文中,我们仅在MoS2为基础的器件的两端施加温度差来驱动电流,采用基于密度泛函理论结合非平衡态格林函数方法研究其热自旋输运性质。在理论基础上,我们设计了三种具有丰富热电效应且以单层MoS2为基础的纳米器件,分别采用Fe和Fe-X6（X=C,O）掺杂来改变单层MoS2电子结构的双探针系统,它们拥有各自独特却又相似的热自旋输运行为。研究发现在基于Fe和Fe-X6（X=C,O）掺杂单层MoS2双探针系统中都存在自旋塞贝克效应。基于Fe-C6掺杂单层MoS2双探针系统出现的自旋塞贝克效应更完美,我们得到了很对称的自旋流,在总电荷流为零的温度下,可以获得净的自旋流。FeC6双探针系统的总电荷流随着左电极温度的增加出现了两次热致负微分电阻,这两次负微分电阻的产生是由于自旋向上的空穴载流子与向下的电子载流子在热输运中相互竞争的效果。基于Fe掺杂单层MoS2双探针系统具有很好的热自旋过滤行为。同时我们通过温差和磁场控制器件的磁电阻行为,研究了三种器件的热致庞磁阻效应。研究发现了基于Fe和Fe-X6（X=C,O）掺杂单层MoS2双探针器件都存在热致庞磁阻效应,并伴随着正负磁电阻的转换,我们探讨了这三种器件的正负磁阻转变行为的变化规律。从电极电子结构、电极费米分布、器件透射函数和投影态密度方面出发,分析了Fe和Fe-C6双探针系统中电子和空穴的热输运机理以及原子轨道对热输运的贡献。此外,我们还计算了器件加长一倍时的热自旋输运性质,发现加长的Fe和Fe-C6器件仍能保持各自的热自旋输运性质。我们的发现或许对未来高性能的自旋卡路里电子器件设计提供帮助。

关键词：二硫化钼掺杂自旋卡路里电子学密度泛函理论非平衡格林函数方法自旋塞贝克效应热致庞磁阻效应热自旋过滤效应

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三角形石墨烯和芳香性分子的电导与整流性能研究

三角形石墨烯和芳香性分子的电导与整流性能研究

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作者：纪晓丽山东师范大学

学位级别：硕士

伴随分子电子学的迅猛发展和电子器件的小型化趋势,用单分子或分子团簇取代硅基半导体材料构建逻辑电路成为前沿研究领域。其中,分子整流器作为逻辑电路中最重要的元器件之一,受到科研工作者的广泛关注,且近年来在理论和实验方面均取得... 详细信息

伴随分子电子学的迅猛发展和电子器件的小型化趋势,用单分子或分子团簇取代硅基半导体材料构建逻辑电路成为前沿研究领域。其中,分子整流器作为逻辑电路中最重要的元器件之一,受到科研工作者的广泛关注,且近年来在理论和实验方面均取得了较大的进展。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,设计了一系列高性能的分子器件,并研究了非对称电极、非对称耦合基团、非对称分子-电极接触构型等对分子器件电导及整流性质的调控作用。1.三角形石墨烯纳米片段电导及整流性能的研究经碳原子链将剪裁的三角形锯齿型石墨烯纳米片段(边缘悬空键由氢原子饱和,简称ZTGNF)连接到左右无限大非对称的锯齿形石墨烯纳米带(zGNR)和扶手椅型石墨烯纳米带(aGNR)电极上,构建了纯碳基材料的分子二极管,探究了aGNR电极的带宽以及分子与电极间耦合碳链的条数对分子结电导及整流性能的影响。研究结果表明,带宽和碳链条数对分子器件整流性能有不同程度的影响。特别是,当将ZTGNF用两条碳原子链耦合到右侧aGNR电极上时,获得了104数量级的整流比。这与采用具有块体结构的金属电极比较,该分子器件的整流性能有了很大地改善。2.单分子芳香性对其分子结导电性能的影响通过调控分子-电极接触构型的方式构建了金电极上的关于环戊二烯衍生物、呋喃、噻吩三个分子的分子结,并利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法计算了不同分子结的电导。在这里着重研究了不同分子-电极接触构型下分子结电导与分子芳香性间的关系。研究表明,在考虑到的两种接触构型下,三种分子结的电导与其芳香性均呈反比例关系,这与Chen等人的实验结果相符合,并给出了产生这种现象的原因,即分子芳香性的不同导致扩展分子前线轨道和电极的费米能级随偏压的非对称演化。本论文共分为以下五章内容：第一章为前言,简要介绍了分子电子学的发展、分子整流器类型及基于石墨烯的碳基分子二极管的研究进展。第二章为理论计算方法,介绍了第一性原理计算方法、多体系统电子结构计算的密度泛函理论方法及用于计算分子器件电输运性质的非平衡格林函数方法。同时介绍了结合后面两种理论求解分子器件电输运性质的自洽迭代过程。第三章及第四章着重介绍了基于上述理论方法所做的工作：第三章中探究了三角形石墨烯纳米片段电导及整流性能,着重研究了电极带宽及耦合基团数目的影响。第四章探究了不同分子-电极接触构型下分子结电导与分子芳香性间的关系。第五章是对本论文工作的简单总结与展望。

关键词：非平衡格林函数方法密度泛函理论分子整流器件石墨烯纳米带

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B/N掺杂类直三角石墨烯纳米带器件引起的整流效应

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物理学报 2015年第19期64卷 233-238页

作者：陈鹰胡慧芳王晓伟张照锦程彩萍湖南大学物理与微电子科学学院长沙410082 湖南大学微纳光电器件及应用教育部重点实验室长沙410082

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,研究了硼(氮)非对称掺杂类直三角石墨烯纳米带器件的电子输运性能.计算结果表明:单个硼或氮原子取代类直三角石墨烯纳米带顶点的碳原子后,增强了体系的电导能力,并且出现了新颖的整流效应.分... 详细信息

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数的方法,研究了硼(氮)非对称掺杂类直三角石墨烯纳米带器件的电子输运性能.计算结果表明:单个硼或氮原子取代类直三角石墨烯纳米带顶点的碳原子后,增强了体系的电导能力,并且出现了新颖的整流效应.分析表明:这是由于硼氮掺杂类直三角石墨烯纳米带器件在正负偏压下分子能级的移动方向和前线分子轨道空间分布的不对称而产生的.最重要的是,当左右类直三角石墨烯纳米带的顶端原子同时被硼和氮掺杂后,体系的整流效应显著增强,而且出现负微分电阻效应.

关键词：分子器件整流效应输运特性非平衡格林函数方法

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金电极晶面指数对C_(20)富勒烯电子输运性质的影响

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山西大同大学学报（自然科学版） 2016年第4期32卷 20-23页

作者：王丽华丁秉钧山西大同大学物理与电子科学学院山西大同037009 西安交通大学理学院陕西西安710049

模拟金电极晶面指数(111)/(100)对C_(20)富勒烯电子输运性质的影响。计算结果表明,在Au(100)-C_(20)-Au(100)分子结的电流—电压曲线上可观察到新奇的负微分电阻现象,而Au(111)-C_(20)-Au(111)系统的电流随外加偏压的增大持续增长。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数方法晶面指数负微分电阻

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