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文献类型

264 篇 学位论文
130 篇 期刊文献
9 篇 会议

馆藏范围

403 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

311 篇 理学
- 287 篇 物理学
- 32 篇 化学
- 1 篇 数学
257 篇 工学
- 200 篇 材料科学与工程（可...
- 119 篇 电子科学与技术（可...
- 52 篇 化学工程与技术
- 9 篇 光学工程
- 8 篇 机械工程
- 6 篇 动力工程及工程热...
- 4 篇 计算机科学与技术...
- 3 篇 电气工程
- 1 篇 仪器科学与技术
- 1 篇 控制科学与工程
- 1 篇 软件工程
1 篇 管理学
- 1 篇 管理科学与工程(可...

主题

403 篇 非平衡格林函数
156 篇 密度泛函理论
85 篇 电子输运
32 篇 第一性原理
32 篇 量子点
30 篇 石墨烯
29 篇 分子器件
27 篇 石墨烯纳米带
25 篇 碳纳米管
17 篇 量子输运
16 篇 负微分电阻
16 篇 分子电子学
15 篇 密度泛函
13 篇 输运性质
12 篇 电子结构
11 篇 自旋极化
11 篇 输运特性
9 篇 自旋轨道耦合
9 篇 自旋极化输运
8 篇 自旋输运

机构

36 篇 南京邮电大学
23 篇 北京大学
19 篇 湖南大学
17 篇 山东大学
17 篇 宜宾学院
13 篇 山西大学
11 篇 江南大学
9 篇 长沙理工大学
9 篇 西安电子科技大学
9 篇 湘潭大学
7 篇 黑龙江工程学院
7 篇 中国科学院研究生...
7 篇 四川大学
7 篇 西安工程大学
7 篇 南京航空航天大学
7 篇 中国科学技术大学
7 篇 湖南师范大学
6 篇 华中科技大学
6 篇 东南大学
6 篇 中南林业科技大学

作者

17 篇 柳福提
14 篇 程晓洪
10 篇 王伟
8 篇 liu futi
8 篇 wang wei
8 篇 王利光
7 篇 贺泽龙
7 篇 cheng xiaohong
6 篇 周亚鑫
6 篇 程艳
6 篇 he ze-long
6 篇 霍新霞
6 篇 陈向荣
6 篇 liu fu-ti
6 篇 cheng xiao-hong
5 篇 侯士敏
5 篇 肖广然
5 篇 刘德胜
5 篇 张淑华
5 篇 cheng yan

语言

395 篇 中文
8 篇 英文

检索条件"主题词=非平衡格林函数"

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排序：

硫醚配合物和石墨烯纳米带的自旋极化输运研究

硫醚配合物和石墨烯纳米带的自旋极化输运研究

引用

作者：兰杰中国科学院大学

学位级别：博士

本论文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法，研究了硫醚配合物和石墨烯纳米带的电子结构和自旋极化输运性质，并对其呈现出的丰富物理现象给予了合理的解释。主要研究内容如下:\n 在大环化合物与金属形成的配合物... 详细信息

本论文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法，研究了硫醚配合物和石墨烯纳米带的电子结构和自旋极化输运性质，并对其呈现出的丰富物理现象给予了合理的解释。主要研究内容如下:\n 在大环化合物与金属形成的配合物中，我们可以通过配体来改变金属原子所在的晶场环境，达到调节金属离子自旋态的目的。通常自旋态的转变伴随着分子电学特性的转变，因此这类分子可以作为分子开关或是存储元器件。我们以含Fe硫醚配合物为例，研究了Au-Fe(9S3)2-Au分子结的电子结构和输运性质。结果表明，该分子结是一个双稳态结构，低自旋基态和高自旋亚稳态可以在外场调控下相互转换。由于高自旋态是导通态，而低自旋态是绝缘态，基态到亚稳态之间的转变伴随着电路由“关”到“开”切换。\n 在硫醚配合物中，研究人员通常用其他原子替换S原子以调节化合物的粒子选择性和金属配合物的稳定性，而掺杂对输运性质的影响还有待研究。我们在Au-Fe(9S3)2-Au分子结工作的基础上，考虑了用O或P替换S原子，并设计了两种不同的分子与电极间的连接方式，研究了掺杂和分子电极间接触细节对输运性质的影响。结果表明，在两种连接方式下，无论是掺入O还是P，掺杂后体系的平衡电导都比未掺杂时要大，说明O/P掺杂提高了体系的输运性能。此外，我们还发现掺入O原子时分子结的电流总是比掺入P时的电流至少大一个数量级，说明掺入O对提高硫醚配合物的导电能力效果更为显著。与此同时，体系表现出与分子—电极连接方式相关的自旋极化输运特性。\n 最后我们研究了单个杂质原子（B、C或N）吸附的一维锯齿形石墨烯纳米带的电子结构和输运性质。结果显示，单个杂质原子就可以破坏锯齿形纳米带的边缘态，由于位于杂质原子附近的边缘C原子的磁矩被抑制，体系表现出1，2和1μB的净磁矩。吸附原子的出现，不仅破坏了边缘态贡献的透射通道，还在费米能级上下各引入一个准局域态，抑制了电子的传输。在三种吸附情况下，虽然透射谱的自旋极化率很高，但是在小偏压下，电流的极化率却很低。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数大环化合物石墨烯纳米带硫醚配合物自旋极化

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有机铅卤钙钛矿光电特性的理论研究

有机铅卤钙钛矿光电特性的理论研究

引用

作者：毕富珍中国科学技术大学

学位级别：博士

近年来,以钙钛矿（ABX3）为吸光材料的太阳能电池以其优越的光电性能和简单的制备工艺受到了研究者的青睐,其中研究最广泛,发展最迅速的为有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。有机钙钛矿具有高吸收系数、可调的直接带隙、长载流子弥散长度... 详细信息

近年来,以钙钛矿（ABX3）为吸光材料的太阳能电池以其优越的光电性能和简单的制备工艺受到了研究者的青睐,其中研究最广泛,发展最迅速的为有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。有机钙钛矿具有高吸收系数、可调的直接带隙、长载流子弥散长度、低激子结合能以及均衡的电子空穴迁移率。目前,经过NERL认证的最高光电转换效率（PCE）已经超过22%。提高有机钙钛矿太阳能电池PCE的常用策略包括A,B,X位点离子的组分调控,电子和空穴传输材料的改善以及优化设计电池结构。虽然实验室中的PCE增长迅速,但是仍然存在很多关键因素限制其进一步发展,例如,器件的稳定性,Ⅰ-Ⅴ曲线的回滞行为,昂贵的有机空穴传输材料（例如Spiro-OMeTAD）,钙钛矿薄膜的大面积制备,铅毒性等。为进一步提高PCE,必须充分解决这些问题。随着实验的发展,大量的理论研究已用于解释有机钙钛矿光电特性的内在机制。目前使用最广泛的理论方法为密度泛函理论（DFT）,基于DFT的电子结构计算已经帮助我们深入理解了有机钙钛矿优异光电特性的物理站础,例如合适的带隙,双极传输性,高吸光系数,可控掺杂特性,缺陷容忍性,铁电性,离子迁移,界面和表面,和几何结构特性等。尽管已经取得了大量的研究成果,但是由于有机钙钛矿的多样性和复杂性,仍然有很多特性没有完全理解,需要利用新的理论是实验方法进一步研究。紧束缚密度泛函方法（DFTB）是DFT方法的一种近似,其较高的精度和更快的计算效率,为实现真实器件结构的模拟提供了可能。此外,非平衡格林函数方法（NEGF）是研究开放体系电子输运性质的有力工具。因此,DFTB结合NEGF方法为我们进一步认识有机钙钛矿太阳能电池的,电子传输机制开辟了新的道路。充分理解有机钙钛矿内部电子传输机制,不仅有助于进一步改善太阳能电池的性能,而且为开发设计更简单和/或更高效的新材料和器件结构提供思路。本论文主要探索有机铅卤钙钛矿的结构和性质,重点研究有机阳离子对其结构和性质的影响。通常使用的有机阳离子为非屮心对称结构,具有永久偶极矩,理论研究表明其转动势垒很低,在无机骨架中可以很容易的发生转动和迁移,因此具有形成铁电偶极序的能力,从而影响有机铅卤钙钛矿太阳能电池对外加电压的响应和电子/空穴的传输。此外不同种类有机阳离子的混合对有机铅卤钙钛矿的稳定性也有重要影响。基于目前有机铅卤钙钛矿的理论研究成果,本文系统研究了有机阳离子的重要作用。本论文的主要工作有:（1）研究表明钙钛矿中铁电畴的出现对其电子结构产生重要的影响。本文中,我们使用DFTB+NEGF方法研究铁电畴对甲胺铅碘钙钛矿（MAPbI3）的电子输运性质和载流子复合率的影响。研究发现,伴随着铁电畴的出现,钙钛矿的,带隙减小,电导显著增加,同时在铁电畴局域电场的作用下电子和空穴的传输通道发生分离。此外,通过考虑电子与真空中光子的相互作用,我们计算了电子-空穴的复合率。计算结果表明,由于载流子传输通道的分离,具有铁电畴的钙钛矿中电子-空穴的复合受到极大的抑制,因此铁电畴的形成增强钙钛矿的光电特性。（2）有机铅卤钙钛矿APbX3的稳定性是制约其应用的重要因素,对APbX3钙钛矿中A和X采用不同种类离子混合的化学组分调控是改进其稳定性最有效的方式之一。其中,A位点采用不同比例的甲脒离子（FA）,甲胺离子（MA）,CH（NH2）2+,Cs+,Rb+,B位点采用Pb2+,Sn2+等,X采用I-,Br-,Cl-是当前研究的热点方向。本文通过第一性原理计算,系统的研究了FA1-xMAxPbI3体系的结构和光电性质。研究发现FA与MA的混合增加体系的稳定性,,其中FA0.5MA05PbI3最稳定。通过分析不冋混合比例的结构,揭示了晶格常数随x的增加线性减小;以及带隙随x减小而线性增加。此外,计算结果发现MA所占比例增加时吸收光谱蓝移。综上,通过FA和MA离子的不同比例混合不仅可以有效调控钙钛矿的光电性质,更重要的是提高电池的稳定性,因此进一步探索钙钛矿中不同有机/无机离子的混合具打重要的意义。

关键词：有机无机杂化钙钛矿光电转换效率紧束缚密度泛函理论非平衡格林函数铁电性电子输运化学组分调控

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低维纳米结构π轨道决定的电子输运性质之理论研究

低维纳米结构π轨道决定的电子输运性质之理论研究

引用

作者：豆坤鹏山东大学

学位级别：博士

随着微电子技术的发展,对半导体材料性质和功能的探索已经深入到纳米尺度的范围,新现象,新效应和新器件不断涌现。低维纳米材料的电子器件设计和制造研究正成为热点,要优化改进纳米器件的性能,对载流子输运特性的精确理论模拟和分析是... 详细信息

随着微电子技术的发展,对半导体材料性质和功能的探索已经深入到纳米尺度的范围,新现象,新效应和新器件不断涌现。低维纳米材料的电子器件设计和制造研究正成为热点,要优化改进纳米器件的性能,对载流子输运特性的精确理论模拟和分析是十分重要的。然而在统计平均的宏观体系中,输运理论是建立在各种散射振幅不相干的基础上,主要限于研究对平衡态只有较小偏离的体系,电流密度线性响应外加电场,电阻来源于杂质和声子对载流子的散射。宏观唯象系数如扩散系数,电导系数等则不再适用于描述纳米结构中电子的输运。对于低维纳米结构这种介观受限体系,特别是在弹性散射的范围内,无论散射过程如何复杂,电子波函数的相位相干性将不能再被忽略,两个重要的量子效应体现了电子的波粒二象性,一个是电导量子化,一个是电子所带电荷量子化,后者反映在库伦阻塞和单电子晶体管中。这两个效应将介观体系与宏观体系区分开来。早期对纳米结构输运性质的研究基于简单的有效质量理论,不考虑所研究体系的电子结构,通过包络函数方法描述材料的电子态,但是这种方法主要限于纯态计算,并忽略了真实波函数的周期部分。为了更精确描述这种开放体系的电导问题,目前比较流行的做法则是将已有的电子结构计算方法与非平衡格林函数方法(NEGF)相结合,将输运问题转化为一个量子散射问题。本论文利用了两种不同的考虑电子结构的输运方法,一是基于密度泛函理论的紧束缚方法(DFTB)与NEGF的结合,一是第一性原理的SIESTA方法与NEGF的结合,所有输运计算都是在相干输运(coherent transport)的框架下进行的。由于输运计算可以考虑到原子级别的细节,因此可以分析电子轨道由于对称性差异在输运过程中所起的不同作用。电子轨道总的可以分为离域性的π轨道和局域的沿着键轴向分布的6轨道。在大多数有机分子器件的电子输运过程中,π轨道如何响应外置偏压的变化往往支配着体系的非线性电流电压特性。但是6轨道的贡献也不是在所有的情况下都可以被忽略,如在以meta方式连接的苯环中,其费米能级处的透射值主要来自6轨道,π轨道由于干涉效应而几乎没有贡献。另外像在联苯体系里,当两个苯环垂直分布时,π轨道的电子传输是完全受到抑制的,体系的剩余电导则由6轨道提供的通道来实现。本论文通过对两种不同低维受限体系的系统研究,发现离域性的π轨道在电子传输过程中起着决定性的主导作用。具体研究内容和结果如下： 1.硅(100)-2×1重构表面π电子态与针尖相互作用导致的输运抑制研究硅表面重构后的电子输运一直是实验和理论关注的焦点,重构后表面悬挂键对应的电子态分布在费米能级附近,对扫描隧道显微镜(STM)成像起着重要的作用。最近Jelinek等人对硅(111)-7x7重构表面进行STM测量实验时,在针尖和样品将要接触的情况下,发现了隧穿电流不再随着隧穿距离的减小而呈指数型增长,而是在某一临界值处突然下降。他们通过基于第一性原理的计算分析这一反常电导现象是由于针尖原子与表面叠顶原子的成键所导致,表面电荷进行了重新的分布,限制了电子从叠顶原子的悬挂键到针尖的传输。而Ono等人也曾模拟过硅(100)-2×1重构表面的STM成像,但是他们研究的针尖-表面距离还处在较大的范围,所以没有观测到表面电子输运受到抑制的现象。可以推测出这一反常的电导下降现象在硅(100)-2×1重构表面也会出现,该重构表面的悬挂键对应的电子态用π态和π*态来描述,分别分布在裸的硅二聚体的上原子和下原子上。本论文的第三章设计了基于硅(100)-2×1重构的硅板模型来检验这种反常电导现象,并指出π特性的电子态与针尖的相互作用是此现象的起源,此项计算工作期待能够在实验上得到进一步的验证,为硅表面的STM表征提供理论依据和参考。 1.1共设计了一种清洁的和三种氢钝化程度不同的硅板模型来模拟硅(100)-2×1重构表面的情况。输运计算则是通过DFTB方法和NEGF相结合的程序包gDFTB来完成的。首先通过此模型和方法模拟了实验和理论上所观测到的硅(100)-2×1表面裸的硅二聚体的跳动机理,即与氢钝化二聚体相邻的位置,裸的硅二聚体上较容易发生π态和π*态的转变,伴随着电荷从硅二聚体的上原子上转移到下原子上,上原子开始下降,下原子开始上升,当此跳动过程的频率比STM扫描的要快时,裸的硅二聚体的STM成像便成为了对称性分布。本工作的模型通过局域态密度的分析,发现分布在氢钝化位置相邻的裸的硅二聚体,与相应的没有钝化的硅表面二聚体相比,展示了更小的π-π*能量分裂,这意味着这里采用的模型所展示的硅二聚体特性与前人所揭示的跳动机理是一致的,从而验证了本工作模型和方法的可靠性。 1.2将STM针尖不断的靠近干净的硅(100)-2×1重构表面过程中,可以观测到其平衡态电导

关键词：电子输运非平衡格林函数 π电子态共轭悬垂基团开关效应

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分子尺度开关与整流器件的机理研究

分子尺度开关与整流器件的机理研究

引用

作者：曾晶湖南大学

学位级别：博士

本文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法，较为系统地研究了分子尺度体系如石墨烯纳米带、硼氮纳米带、有机小分子、碳纳米管的电子结构和电子输运性质。我们重点探讨原子掺杂、化学修饰、吸附、机械扭转以及磁序... 详细信息

本文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法，较为系统地研究了分子尺度体系如石墨烯纳米带、硼氮纳米带、有机小分子、碳纳米管的电子结构和电子输运性质。我们重点探讨原子掺杂、化学修饰、吸附、机械扭转以及磁序列排布等方面对分子器件电子输运性质的影响，并在器件中观察到分子整流行为以及基于自旋过滤效应、磁致电阻效应和负微分电阻效应的分子开关行为。主要内容如下：研究了氮掺杂的扶手椅型石墨烯纳米带器件的电子输运性质。在这个器件中，氮原子被用来替代其中一个电极的中心碳原子或者边缘碳原子。计算结果表明，器件的电子输运性质强烈地依赖于石墨烯纳米带的宽度和氮杂质的位置，我们在器件中观察到了明显的整流效应，并且发现整流效应可以通过石墨烯纳米带的宽度和氮杂质的位置来进行调控。进一步的研究发现，左右电极能带之间狭窄的匹配范围以及相应的分子轨道与电极杂质态之间弱的耦合是器件中出现明显整流现象的根本原因。研究了边缘氢化的锯齿形石墨烯纳米带异质结的自旋输运性质。计算结果表明，完美的自旋过滤效应和整流比超过10～5的整流效应可以通过锯齿形石墨烯纳米带的边缘氢化来实现。此外，研究发现自旋过滤效应和整流效应可以通过异质结的宽度来进行调控。进一步的研究表明，这些效应的出现与锯齿形石墨烯纳米带的π和π子带所固有的输运选择规则有关。研究了分子间相互作用对双层石墨烯纳米带器件电子输运行为的影响。研究结果表明，通过调节双层石墨烯纳米带之间的π π相互作用，我们可以观察到分子开关和分子整流现象。经分析，我们认为这些输运现象是由分子轨道与电极耦合强度的改变所导致的。研究了氟化硼氮纳米带体系的电子结构以及相应的自旋输运性质。计算结果表明，氟原子在纳米带上的吸附位置或者氟原子浓度的改变能诱导体系发生半导体到半金属性质的跃变。此外，利用第一性原理量子输运计算方法，我们在氟化的硼氮纳米带器件中观察到了负微分电阻和类似于滑动变阻器的输运行为。这些结果表明氟化的硼氮纳米带器件能够被设计为多功能的分子自旋电子器件，这对进一步提升原子级电路的集成度有非常重要的意义。研究了一种由锰卟啉、亚苯基和次乙炔基组成的自旋电子器件的输运性质。我们在这个器件中观察到了有趣的自旋过滤效应和磁致电阻效应。尤其值得注意的是，通过改变锰卟啉和苯环π输运通道之间的交叠程度，自旋过滤效率和磁致电阻率能被有效地增强。此外，基于负微分电阻的分子开关行为也被发现。进一步的分析表明，自旋向上和自旋向下电子态的分布差异导致了自旋过滤效应的发生，而器件中各部分电子态的不匹配是导致磁致电阻效应和负微分电阻效应出现的根本原因。此外，我们研究了一个Fe-Porphyrin-Like碳纳米管自旋电子器件的自旋输运性质。结果表明，器件的磁致电阻率与其磁序列排布有关。在外部磁场的作用下，通过改变器件的磁序列分布，器件的磁致电阻率能从大约19%增长到大约1020%。我们认为磁序列分布是实现高性能自旋电子器件的一个关键因素。

关键词：分子器件密度泛函理论非平衡格林函数电子输运机理分子开关效应分子整流效应

来源：评论

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碳纳米管、碳化硅纳米管的电子结构及其输运特性的研究

碳纳米管、碳化硅纳米管的电子结构及其输运特性的研究

引用

作者：宋久旭西安电子科技大学

学位级别：博士

本文首先对碳纳米管和碳化硅纳米管的研究进展进行了较全面的论述,包括其制备、纯化以及应用等,其中较深入的论述碳纳米管的布里渊区及其电学性质相关的应用。接下来对在纳米材料电子结构以及纳米器件输运特性研究中取得较满意结果的密... 详细信息

本文首先对碳纳米管和碳化硅纳米管的研究进展进行了较全面的论述,包括其制备、纯化以及应用等,其中较深入的论述碳纳米管的布里渊区及其电学性质相关的应用。接下来对在纳米材料电子结构以及纳米器件输运特性研究中取得较满意结果的密度泛函理论和非平衡格林函数法进行了详细的描述。采用该方法对碳纳米管和碳化硅纳米管的电子结构和输运特性进行了较深入的研究。采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对本征和掺杂(8, 0)碳纳米管的结构和电子结构进行了计算。本征(8, 0)碳纳米管的计算结果表明它是典型的直接带隙半导体,其能带间隙为0.46 eV。掺杂碳纳米管拥有与本征纳米管不同的性质,也有更广泛的应用前景,为此分别计算了掺氮和掺硼碳纳米管的电子结构。掺杂的氮原子与其相邻的碳原子形成的氮碳键的键长与本征纳米管对应的碳碳键相比有所增加,这种趋势会随着掺杂浓度的增大而变的更加明显,这与实验制备的掺氮碳纳米管呈现竹节状是一致的。掺杂的氮原子与碳原子相比多出了一个电子,从分子的最高占据轨道可以看出,多出的电子主要分布在氮原子及其相邻的碳原子上。这增加了电子在不同原子间转移的可能性,使得碳纳米管能带间隙有所减小。掺硼碳纳米管结构的变化与掺氮呈现了相同的趋势,掺杂原子所在的碳环的半径有所增大。掺杂的硼原子少出了一个电子,在掺杂原子附近形成了明显的空穴,碳纳米管的能带间隙也有所增大。采用结合密度泛函理论的非平衡格林函数法,对孤立(8, 0)碳纳米管和耦合于金电极的(8, 0)碳纳米管的输运特性进行了计算。从孤立碳纳米管的平衡态(未施加偏压)透射谱可以看出它是半导体型的,这与前面的计算是一致的。其透射谱呈现了明显的台阶状;其伏安特性可以看出当偏压小于1.2 V时几乎没有电流流过纳米管,而大于该偏压时是接近指数关系的。在碳纳米管应用中,通常要与金属电极相连接,为此计算了耦合于金电极的(8, 0)碳纳米管的输运特性,在计算的过程中考虑了长度对输运特性的影响。其结果表明随着长度的增加碳纳米管由金属型转化为半导体型。在金电极与碳纳米管形成接触时,由于功函数的不同,电子会在碳纳米管和电极之间转移,其结果是形成了较明显的带隙态。在长度较短时,带隙态在输运特性中起了重要的作用,但是其影响会随着长度的增长而削弱。这解释了为什么当前实验未观测到带隙态的原因。采用与研究碳纳米管电子结构相同的方法,计算了本征和掺杂(8, 0)碳化硅纳米管的电子结构。本征碳化硅纳米管的结构优化的结果显示碳环的半径要略大于硅环的半径,其电子结构显示,(8, 0)碳化硅纳米管的能带间隙为0.94 eV要大于(8, 0)碳纳米管的,这是由于碳化硅纳米管中碳硅键为含有离子键成分共价键的结果。氮原子与硼原子是碳化硅体材料的常用掺杂原子,在计算掺杂碳化硅纳米管电子结构的过程中仍然选择它们为杂质。在替位掺杂的过程中,参考体碳化硅材料掺杂的结果,氮原子取代碳原子所在的晶格。掺氮碳化硅纳米管结构优化的结果显示一氮掺杂碳化硅纳米管中氮原子与相邻的硅原子形成氮硅键的键长有较明显的减小,而二氮掺杂结构优化的结果表明氮原子倾向占据相邻碳环中位置最接近的碳晶格所在的位置并且在纳米管的表面形成明显的突起。氮原子与碳原子相比多出的电子主要分布在相邻的硅原子上。掺氮碳化硅纳米管的能带间隙会减小。掺硼碳化硅纳米管的几何结构优化的结果显示其所在硅环的半径会减小,从掺硼碳化硅纳米管的最高占据轨道可以看出,在硼原子附近电子出现的概率明显降低,形成明显的空穴态,限制了电子在不同原子间的转移,导致了能带间隙的增大。本文还计算了孤立和耦合于金电极的(7, 0)碳化硅纳米管的输运特性。孤立(7, 0)碳化硅纳米管的透射谱显示碳化硅纳米管为半导体型的,从其伏安特性可以看出电流发生明显变化的偏压为2.2V,要大于碳纳米管的。对耦合于金电极(7, 0)碳化硅纳米管的研究发现,电荷转移导致了带隙态的形成,它们使得透射谱在费米能级附近不为0,其伏安特性在较小偏压下为线性;当偏压在+1.4 V到+1.6V之间,电流随偏压的增大呈现了下降的趋势,这就是微分负阻效应。从不同偏压下系统的透射谱可以看出,偏压导致的传输特性的变化是微分负阻效应产生的原因。

关键词：碳纳米管碳化硅纳米管密度泛函理论非平衡格林函数电子结构输运特性

来源：评论

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碳氮硼基低维体系的自旋输运性质研究

碳氮硼基低维体系的自旋输运性质研究

引用

作者：黄海华中科技大学

学位级别：博士

自旋电子学起源于巨磁阻效应的发现,主要致力于电子的自旋极化输运特性的研究及新型自旋相关的微电子学器件的设计与开发。与传统硅基电子学器件相比,以电子自旋作为信号载体的自旋电子学器件具有能耗低、电路集成度高和数据处理速度快... 详细信息

自旋电子学起源于巨磁阻效应的发现,主要致力于电子的自旋极化输运特性的研究及新型自旋相关的微电子学器件的设计与开发。与传统硅基电子学器件相比,以电子自旋作为信号载体的自旋电子学器件具有能耗低、电路集成度高和数据处理速度快等优点。热自旋电子学是传统热电子学和自旋电子学的组合和延伸,可以用来解决由于器件小型化和极高的运行速度所带来的散热和废热回收等问题。随着人们对绿色无毒和能耗小的功能性器件的需求日益迫切,低维碳基有机磁体进入人们的视野,特别以石墨烯和类石墨烯基材料最为关注。本论文通过密度泛函理论和非平衡态格林函数相结合的方法,研究了硼氮共掺杂的石墨烯纳米带(8-ZGNR-H（N,B）)和类石墨相氮化碳（g-C4N3）的电子结构、磁性,以及基于它们的双电极器件的热、电自旋输运性质和磁阻效应,得到的主要结果如下:（1）我们设计了基于硼氮共掺杂的石墨烯纳米带的同质结双电极器件,并对其热自旋输运性质进行了研究。电极的电磁稳定性及电子结构计算结果表明,处于反铁磁基态的8-ZGNR-H（N,B）纳米带呈现完美的半金属性,即电子只在一个自旋方向导电。自旋电流计算结果表明,在该器件中观察到了自旋过滤效应、自旋塞贝克效应和热致单自旋负微分电阻效应。利用外部局域磁场将器件由平行基态转变为反平行磁化态时,该系统呈现出符号反转的巨磁阻效应,室温下的磁阻可保持在10～5%左右。（2）我们又构造设计了8-ZGNR-H（N,B）/8-ZGNR-H的异质结双电极器件。该系统未加磁场时,处于[AFM-AFM]基态;加磁场时,处于[FM-AFM]、[AFM-FM]和[FM-FM]三种磁化态。该异质结器件的热输运性质在很大程度上取决于它所处的磁态,并且可以通过调控磁性结构来控制热致电流,从而也产生了符号反转的巨磁阻效应。相对于同质结,该异质结系统处于不同磁态时表现出了更多优异的输运行为。在[AFM-AFM]磁态下,该异质结表现出有一定门槛温度的热致自旋塞贝克效应与自旋二极管效应、温度开关效应和热致负微分电阻效应;在[FM-AFM]磁态下,也有自旋塞贝克效应与自旋二极管效应;在[AFM-FM]磁态下,表现出完美的自旋过滤效应;在[FM-FM]磁态下,产生了自旋电流值更大的自旋塞贝克效应。该异质结系统在开发多功能热自旋电子学器件领域有着潜在的应用前景。（3）我们还设计了两种基于单层g-C4N3的不同输运方向的二维双电极器件（Zigzag型和Armchair型）,并研究了这两种器件的热自旋输运和电自旋输运性质。热输运研究结果表明,Zigzag型和Armchair型器件都具有很好的低温自旋过滤效应和热致负微分电阻效应,不同的是,Zigzag型器件还表现出了自旋交叉行为。两种构型器件的磁结构由平行基态转变为反平行磁化态时,热致磁阻最大值都能达到10～5%左右,室温下也能保持在两个数量级。电输运研究结果表明,Zigzag型和Armchair型器件也同样具有电致自旋过滤效应,而Armchair型器件还具有压控自旋开关行为和负微分电阻效应。

关键词：热自旋电子学密度泛函理论非平衡格林函数巨磁阻效应半金属自旋输运石墨烯纳米带类石墨相氮化碳

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复合缺陷对低维纳米材料电子输运性能的调控及器件设计

复合缺陷对低维纳米材料电子输运性能的调控及器件设计

引用

作者：程彩萍湖南大学

学位级别：博士

近年来,随着纳米材料的迅速发展,分子器件的研究已经引起了实验设计和理论预测的极大关注。随着电子器件尺寸的缩小和微电子技术的快速发展,分子器件将会替代微电子器件成为当今世界引领科学技术的主导力量。众所周知,各种新型的纳米材... 详细信息

近年来,随着纳米材料的迅速发展,分子器件的研究已经引起了实验设计和理论预测的极大关注。随着电子器件尺寸的缩小和微电子技术的快速发展,分子器件将会替代微电子器件成为当今世界引领科学技术的主导力量。众所周知,各种新型的纳米材料是设计分子器件的基元。低维纳米材料在力学、电学、光学以及热学等方面,尤其是电子输运性能方面的优越性能,使其在电子器件发展过程中发挥了重要的作用。纳米材料在实际生产和制备的过程中,不可避免地会引入缺陷和杂质,影响其材料的力学、电学、光学以及电子输运等特性,这使得含有缺陷和杂质的低维纳米结构的科学研究更加有意义。本文采用密度泛函理论结合非平衡格林函数的第一性原理方法,系统地研究了几种复合缺陷对低维纳米材料电子输运性能的调控效应及器件设计。涉及的研究对象包含:碳纳米管(CNTs)、石墨烯纳米带(GNRs)和硅烯纳米带(Si NRs)等。主要研究内容如下:研究了含氮空位复合缺陷的螺旋手性单壁碳纳米管(SWCNTs)的电子输运性能。计算结果表明在手性SWCNTs中空位和氮原子组成的类嘧啶复合缺陷的引入有效地提高了体系的电子输运性能,并观察到明显的负微分电阻效应和强烈的整流效应。进一步的研究发现,复合掺杂体系输运透射系数在偏压窗口内的变化是产生整流效应的根本原因。研究了含羧化缺陷复合体的手性(8,4)碳纳米管和含羧化硼缺陷复合体的手性(6,3)碳纳米管的电子结构及输运性能。结果表明,(i)对于(8,4)SWCNTs体系,无论是本征缺陷还是含羧基的复合缺陷均在费米能级附近产生了缺陷态。其中,本征缺陷的缺陷态所导致的电子局域化效应阻碍了碳纳米管的电子传导能力,而羧基对本征缺陷的氧化作用却有效地增强了SWCNTs的传输电导。进一步对含羧基缺陷复合体的SWCNTs器件电子输运性能的研究,表明偏压作用下缺陷复合体降低了SWCNTs的电子传导,且器件出现了显著的负微分电阻效应。当且仅当羧基吸附单空位缺陷时,体系出现了强烈的整流效应,这为高性能分子整流器的研究提供了有价值的参考。(ii)对于(6,3)SWCNTs体系,含羧化硼空位复合结构与其他复合缺陷结构相比更加的稳定。其中,羧化硼空位复合缺陷增强了(6,3)SWCNTs的电子传导能力,而羧化硼掺杂和羧化硼SW复合缺陷却阻碍了体系的电子输运通道。进一步研究证实了该现象完全归因于羧基与硼缺陷复合体分子轨道之间的相互耦合作用。这些特殊的现象表明含羧化缺陷复合体碳纳米管在器件研究方面存在潜在的应用价值。研究了硅/氮复合掺杂体(sinx)对扶手椅型石墨烯纳米带(agnrs)的电子结构及输运性能的影响。其中,通过在相邻原子格点嵌入si和n原子而构成sinx复合掺杂体。结果表明sinx复合掺杂体使得agnrs体系在费米能级附近产生杂质态,且掺杂能带随着n原子浓度的增加而向下移动并与费米能级相交。进一步的研究表明杂质能级和施主能级是分离的,并且均受到杂质的微扰作用。在sinx复合掺杂agnrs体系中观察到明显的负微分电阻效应,且该效应随着n浓度的增加而减弱。这说明低n浓度的sinx复合掺杂能够有效的调节扶手椅型石墨烯纳米带的电子传导特性。研究了类相邻磷原子掺杂a格点(aa-p2)对扶手椅型硅烯纳米带(asinrs)的电子结构和输运性能的影响。结果表明,随着aa-p2杂质位置从纳米带中心到边缘掺杂的过程中asinrs发生了半导体性和金属性之间的转化。这完全归因于杂质磷(p)原子与硅(si)原子pz轨道之间的相互耦合。各掺杂体系在低偏压下均出现了对称的负微分电阻效应。然而,随着aa-p2掺杂体从中心到边缘的过程中,负微分电阻效应的对称性逐渐降低。更加有趣的是当且仅当aa-p2位于边缘对角掺杂位置时,体系出现了强烈的整流效应。其次,基于稳定的aa-p2对角掺杂asinrs结构,研究了连接非对称电极的aa-p2掺杂asinrs器件的电子输运性能,其中左电极为理想硅烯纳米带,右电极为aa-p2掺杂硅烯纳米带。结果表明器件的电子输运性能强烈地依赖于纳米带的宽度和aa-p2的掺杂位置。在器件中观察到了强烈的整流行为,且器件的整流效应可以通过改变纳米带的宽度和aa-p2杂质位置得以有效地调控。进一步的研究表明,左右电极能带的匹配区域和对应分子轨道与电子能带之间的耦合作用是产生整流效应的根本原因。研究了氟(f)原子和羟基(-oh)官能团边缘终端对两个正三角石墨烯纳米片(tgns)顶点相接的分子器件的电子输运及整流性能的影响。计算结果表明f原子和-oh官能团对左边tgns(ltgns)的边缘修饰使得分子器件展现出不同强度和方向的整流行为。原子或官能团对ltgns边缘修饰位置的不同使分子器件出现完全相反的整流方向。而边缘修饰原子或官能团的化学活性直接影响了分子器件的整流强度。进一步的研究表明电荷在相互连接的左右电极与左

关键词：低维纳米材料密度泛函理论非平衡格林函数复合缺陷电子输运性能器件设计

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拓扑超导体约瑟夫森结马约拉纳费米子的研究

拓扑超导体约瑟夫森结马约拉纳费米子的研究

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作者：任重丹东南大学

学位级别：博士

自从Fu和Kane从理论上提出马约拉纳费米子可出现在复合拓扑超导体中后，拓扑超导电性引起了人们的广泛关注。马约拉纳费米子是一种十分奇特的粒子，它的反粒子是它本身，满足非阿贝尔统计，可用来实现容错的拓扑量子计算，因而寻找和验... 详细信息

自从Fu和Kane从理论上提出马约拉纳费米子可出现在复合拓扑超导体中后，拓扑超导电性引起了人们的广泛关注。马约拉纳费米子是一种十分奇特的粒子，它的反粒子是它本身，满足非阿贝尔统计，可用来实现容错的拓扑量子计算，因而寻找和验证它的存在具有十分重要意义。本论文主要从理论上研究拓扑超导体的自旋相关输运性质，包括拓扑超导体的约瑟夫森效应、自旋约瑟夫森效应、自旋相关微分电导。同时由于非中心对称超导体也属于拓扑超导体，我们研究了它的自旋约瑟夫森效应。\n 首先，我们研究了复合拓扑超导体/磁量子点/复合拓扑超导体的约瑟夫森效应。我们发现量子点的磁矩可以改变约瑟夫森结的超流-相位关系。当量子点磁矩m和外磁场h或自旋轨道赝磁场Bsoc不共线时，即使约瑟夫森结两端没有相位差仍然存在超流。其物理原因是由于自旋反转导致的相位移动。我们还发现通过调节磁性量子点的磁矩可以改变Andreev束缚态节点的位置但不会改变节点的零能性，因而磁性量子点不会改变拓扑超导体约瑟夫森结的拓扑性。不同于复合拓扑超导体约瑟夫森结的4π周期性，零相差超流和磁量子点方向的周期是2π，其大小可以通过量子点磁矩m的大小和方向来调节，并且在拓扑超导体的临界磁场hc处达到最大值。\n 接下来我们通过复合拓扑超导体/铁磁结的自旋约瑟夫森效应来研究复合拓扑超导体的自旋结构。通过调节施加在复合拓扑超导体上的磁场方向，我们发现当纳米线进入拓扑态后自旋反转导致的自旋超流并没有消失。这说明除了与马约拉纳费米子相关的p波配对态外，复合拓扑超导中必然存在平凡的p波配对态。我们认为此平凡的p配对态来源于拓扑非平凡的p波配对态和s波配对态的混合效果，而不是强配对态。此外我们还发现d矢量与p波配对态的自旋方向并不相互垂直，这说明拓扑超导体中的三重态是非幺正的。最后我们利用包含s波配对的Kitave模型来证实s波配对态对复合拓扑超导体的自旋结构的影响。\n 为了进一步证实s波配对态对复合拓扑超导体性质的影响，我们研究了半金属/复合拓扑超导体/半金属结中的自旋微分电导。通过旋转半金属和复合拓扑超导的相对磁矩方向，我们发现马约拉纳费米子的自旋方向不是严格平行于z轴，而是有较小的偏离。除了来源于马约拉纳费米子的电导峰外，当半金属磁矩方向近似反平行于施加在复合拓扑超导体上的磁矩方向时还存在“反常”的电导峰。反常电导峰出现的其物理原因是在马约拉纳费米子的协助下，入射电子和复合拓扑超导体中的s波发生的局域Andreev反射，这与fano因子的计算结果是一致的。同样的，这些结果可以用s波配对的Kitave模型来证实。\n 最后我们研究了时间反演对称的非中心对称超导体的自旋约瑟夫森效果。基于Furusaki-Tsukada格林函数方法我们首先推导出自旋超流的表达式。我们发现由于库珀对反转反射存在流经界而的纵向自旋超流。此外在在异质结界而上还存在横向自旋超流和横向平衡电流，并且横向自旋超流的极化方向与纵向自旋超流的极化是相关的。我们还通过对称性分析研究了不同组态下每支自旋流是允许的还是禁止的。我们认为在我们的模型中非中心对称超导体的平均d矢量沿x方向，其物理原因是x方向的平移对称性破缺使得波矢kx不再是好量子数。

关键词：拓扑超导体马约拉纳费米子非平衡格林函数约瑟夫森效果自旋结构量子点

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单分子磁体自旋极化输运的第一性原理研究

单分子磁体自旋极化输运的第一性原理研究

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作者：郝华中国科学院研究生院

学位级别：博士

单分子磁体的自旋极化输运性质以及相关的输运机制是目前分子自旋电子学的研究热点。本论文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法研究了三种磁芯裸露、自旋量子数低的典型单分子磁体的自旋极化输运性质,并从电子结... 详细信息

单分子磁体的自旋极化输运性质以及相关的输运机制是目前分子自旋电子学的研究热点。本论文采用密度泛函理论和非平衡格林函数相结合的第一性原理方法研究了三种磁芯裸露、自旋量子数低的典型单分子磁体的自旋极化输运性质,并从电子结构的角度对相关自旋极化输运性质进行了分析和解释。主要内容如下:\n 首先研究了MnCu异质单分子磁体构成的分子导体在分子-电极接触距离和门电压变化下的平衡与非平衡输运性质。结果表明该分子中Cu原子的价态易受上述变化的影响,从而使该分子导体的平衡电导随分子-电极接触距离振荡,以及在门电压的作用下表现出开关和整流效应。对应S=2的自旋状态,体系表现出负微分电阻以及自旋过滤效应。\n 其次研究了Fe2同质单分子磁体在外加电场作用下的磁耦合转变。总能计算表明,对于孤立的Fe2分子,外加均匀电场不利于铁原子间的铁磁耦合转变为反铁磁耦合,但是当该分子形成两端器件后,外加偏压有利于这种转变的发生。其原因是Fe2分子对应的孤立体系和两端器件体系在外加电场作用下表现出截然不同的Stark能量形式。\n 最后研究了具有C3对称性的Mn3单分子磁体自旋基态和两种自旋翻转态的输运性质。结果表明该分子表现出显著的负微分电阻现象,原因在于偏压使分子的电子态与电极传导态耦合发生变化。由于分子具有C3对称性,两种自旋翻转态具有相同的输运性质;但自旋翻转态与自旋基态对应着不同的分子-电极耦合特性,导致自旋翻转态与自旋基态的输运性质不同。\n 以上研究揭示了磁芯裸露、自旋量子数低的单分子磁体典型的自旋极化输运性质和相关输运机理,对设计基于单分子磁体的自旋电子器件具有指导意义。

关键词：第一性原理非平衡格林函数分子自旋电子学单分子磁体输运性质

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基于富勒烯分子器件电输运性质的理论研究

基于富勒烯分子器件电输运性质的理论研究

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作者：冀国敏山东大学

学位级别：博士

随着微电子学的快速发展和电子器件的不断小型化,利用单分子以及分子团簇,例如有机小分子,单壁或者双壁碳纳米管以及一些生物分子等来构建各种功能性电子元器件已经成为研究者公认的并且最有可能的发展趋势。同时研究和测量这些分子尺... 详细信息

随着微电子学的快速发展和电子器件的不断小型化,利用单分子以及分子团簇,例如有机小分子,单壁或者双壁碳纳米管以及一些生物分子等来构建各种功能性电子元器件已经成为研究者公认的并且最有可能的发展趋势。同时研究和测量这些分子尺度元器件的电子特性或者光学特性也逐渐发展成一门独立的学科,这就是分子电子学。近年来,精密加工技术和自组装技术的进步使得设计分子量级的电子器件成为可能。目前,人们将注意力集中到原子和分子系统。随着实验技术的出现和应用,例如,自组装单层膜(SAMs),化学合成,扫描隧道显微镜(STM),力学可控劈裂结(MCBJ), Langmuir-Blodgett (LB)膜,有机分子束外延生长(OMBE),纳米孔,电迁移,局部氧化切割碳纳米管法,线上刻蚀(OWL),电极沉积,掩模蒸镀法等,人们设计并且测量出了具有不同功能的分子器件。随着对材料进行原子量级的操纵和修改技术的发展,纳米结构的电输运特性引起了人们广泛的兴趣。分子结的选取以及准确的控制分子与电极之间的耦合是设计和制造单分子器件首先必须考虑的一个方面。富勒烯分子是构建小型化分子器件的重要组成部分,并且发挥着非常重要的应用价值。由富勒烯构成的分子器件表现出不同于其他宏观系统的独特的物理,化学性质以及结构上的稳定性。因此,在众多分子当中,与其他的有机分子相比,富勒烯分子是构建分子器件的最佳候选材料之一。自从第一次报到了C60富勒烯分子结构以来,人们对富勒烯分子纳米结构的电子结构和电输运特性进行了广泛的研究,发现了基于富勒烯分子器件的很多有意义的物理现象,例如,负微分电阻现象(NDR),整流行为,分子开关,单分子电动放大器以及超导特性等。基于富勒烯分子器件的电输运特性依赖于左右两电极之间富勒烯分子数目与分子构型,各富勒烯分子之间的相对距离与相对指向。并且,在很多情况下,分子与电极之间的界面构型也会对分子器件的电输运行为产生很大的影响。这些因素包括,分子与电极的相对指向,分子与电极之间的界面间距,电极大小与所选电极材料的不同等。此外,许多外部环境也是影响分子器件电输运行为的重要因素。例如,温度,湿度,门电压等。因此,考虑影响富勒烯分子器件电输运性质的因素,如何调控分子器件的电输运行为并且设计出功能性分子器件是本论文研究的重要课题。在本论文的研究中,利用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的第一性原理方法,我们研究了基于富勒烯分子器件中电荷输运特性,重点探讨左右电极之间的界面间距,分子与电极之间的界面构型,门电压的作用范围以及门电压值的正负对富勒烯分子器件电输运性质的影响。本论文具体的研究内容和主要结果如下： 1.不同的界面间距下C60分子器件的电输运性质 C60分子自诞生之日起就一直引起人们的重视。在实验中,采用扫描隧穿显微镜探针,发现通过C60分子的隧穿电流随探针位移的减小呈指数增加的形式。针对此实验结果,通过采用非平衡格林函数以及密度泛函理论,我们研究了由金属电极Ag-C60分子-金属电极Ag三明治结构构成的分子器件的电输运行为。研究结果发现,分子器件的电输运性质受电极之间界面间距的影响非常大。在某一确定偏压下,器件的遂穿电流值随着界面间距的减小呈现指数增加的变化趋势。分子器件表现出负微分电阻的行为,其峰-谷比大小可以通过界面间距的不同来改变。在本研究工作中,我们着重就界面间距对金属电极-C60分子-金属电极分子器件电输运性质的影响以及负微分电阻现象的物理机制进行了系统地探讨。 2.界面接触构型对(C20)2分子器件电荷输运性质的影响采用第一性原理计算,我们研究了Au-(C20)2-Au分子器件在两种不同的界面接触构型下(点接触和键接触)的电荷输运性质。我们发现当分子与电极之间采取键接触时,分子器件的透射率远高于点接触时的透射率,从而可以实现分子开关的功能。并且,两种构型下的电流-电压特性完全不同。对于键接触的界面构型,低偏压下呈现金属特性,随着偏压的升高表现出类似压敏电阻的行为。而对于点接触的界面构型,电流增加非常缓慢,表现出非线性行为,电流值比键接触构型下的电流值小一个数量级左右。我们把这些输运特性的明显差异归功于分子与电极之间界面构型的不同所致。 3.不同位置施加门电压对Au-(C20)2-Au分子器件整流特性的影响我们采用密度泛函理论以及非平衡格林函数的方法研究了有门电压作用下Au-(C20)2-Au分子器件的电输运性质。我们的研究结果发现：外部横向门电压的不同施加位置能够有效地调节分子器件的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)特性。当门电压非对称的施加在左边C20分子上时能够实现器件的整流行为,并且整流方向可以通过门电压的正负值来进行调节。这些研究结果为实验的进行和分子整流器件的设计提供了非常重要的理论

关键词：分子器件密度泛函理论非平衡格林函数电子输运富勒烯分子

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