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文献类型

266 篇 学位论文
131 篇 期刊文献
10 篇 会议

馆藏范围

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- 4 篇 计算机科学与技术...
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1 篇 管理学
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主题

407 篇 非平衡格林函数
158 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
18 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 自旋输运
9 篇 自旋轨道耦合
9 篇 自旋极化输运

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 鲁东大学

作者

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14 篇 程晓洪
10 篇 王伟
8 篇 王利光
7 篇 贺泽龙
6 篇 周亚鑫
6 篇 程艳
6 篇 霍新霞
6 篇 陈向荣
5 篇 侯士敏
5 篇 肖广然
5 篇 刘德胜
5 篇 张淑华
5 篇 徐卫平
5 篇 赵朋
4 篇 杨晓
4 篇 唐纲
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4 篇 张婷

语言

399 篇 中文
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排序：

石墨烯（炔）材料电荷输运性质的第一性原理研究

石墨烯（炔）材料电荷输运性质的第一性原理研究

引用

作者：赵文凯山东大学

学位级别：博士

随着电子器件小型化的不断发展,传统的硅基材料集成电路的尺寸在不断地缩小,根据著名的摩尔定律的预测,硅基器件的尺寸将进一步的缩小到1～2nm左右,这个尺寸的大小已经进入到分子和原子领域,因此能否利用单个分子来形成纳米回路中元器... 详细信息

随着电子器件小型化的不断发展,传统的硅基材料集成电路的尺寸在不断地缩小,根据著名的摩尔定律的预测,硅基器件的尺寸将进一步的缩小到1～2nm左右,这个尺寸的大小已经进入到分子和原子领域,因此能否利用单个分子来形成纳米回路中元器件的这个想法很自然的成为人们非常关注的问题。令人们感到高兴的事,单个分子确实可以小型化传统的硅基微电子器件,并且还可以表现出传统硅基器件所具有的功能。因此,我们把研究利用单个原子或者利用单个分子来构建电子回路中的功能性元件的方法叫做分子电子学。一直以来,人们都在设计寻找并且制备分子尺寸的电子器件。1959年,美国的物理学家费曼在物理学会年会上发表了著名的演讲"Plenty of Room at the Bottom ",提出了在分子和原子的尺寸上建立电子器件然后构成集成电路的想法,这个想法在当时引起了深远的影响。传统的想法是建立好宏观系统和元件,然后将他们的尺寸缩小,而费曼的想法是直接从原子尺度上来建立电子器件,最后利用这个电子器件组合成电路。相比于传统的硅基半导体材料来说,应用分子作为电子器件的元件具有许多巨大的优势,例如：①大小尺寸方面：分子的体积小(1-10nm)并且具有非常高的集成密度,在能源消耗及利用效率方面具有极大的优势；②运算速度方面：电子输运性质较好的分子线可以减小晶体管的渡越时间,减少运算时间；③组装和识别方面：可以利用特殊的分子间相互作用形成纳米尺度自组装结构。分子识别可以用来调节电子行为,提供单分子尺度上的开关和感知功能；④合成可修正性：选择不同的组合和结构就能改变分子电子输运性质；⑤具有新的功能：某些特殊种类的分子,存在不同的稳定结构或者同分异构体,这在传统固态材料中是不可能实现的。随着实验技术手段的发展,多种分子电子器件都可以制备出来,这都要归功于这些先进的设备仪器,这里我们简单的介绍几种。①扫描电子显微镜技术(STM),是目前最通用的制备原子尺度接触的方法之一。实验方法是将含有目标分子的溶液放在金属的衬底上,利用STM探头在金属衬底表面做伸缩运动,从而形成了探头、目标分子和金属衬底的三明治电极结构,从而测得电导数值。此外还有②原子力显微镜技术,③透射电镜技术(TEM)④力学可控破缺结等等。随着实验手段的发展,理论方法也在不断地创新,用来更精确的表述分子电子器件中的电荷或自旋输运问题。就目前来说,结合密度泛函理论和非平衡格林函数方法是处理分子电子输运的首选方法,并且已经广泛应用于相关的研究中,例如单分子团簇,分子线,石墨烯以及纳米管等。自从2004年,英国曼彻斯特大学的Novoselov和Geim首次在实验上分离出单层石墨烯以来,石墨烯的相关研究就受到了人们的广泛关注。也就是在这个时期,二维的平面材料成为人们研究的热点。基于单层的石墨烯,沿着两个不同的方向进行裁剪,可以得到两种不同种类的石墨烯纳米条带。通常按照边缘的样式,可以将石墨烯纳米条带区分为锯齿形石墨烯纳米条带(ZGNRs)和扶手椅形石墨烯纳米条带(AGNRs)。其中,关于ZGNRs的研究更是非常的兴盛,先前的研究人员的工作重点是研究ZGNRs的电子输运特性,并且是将ZGNRs的一部分链接到ZGNRs电极上,在这种情况下,就会忽略掉ZGNRs片段与ZGNRs电极的接触位置效应。再者,ZGNRs具有边缘态,能够在Fermi能级处产生较强的电子密度分布,这种奇特电子密度分布可能会对基于ZGNRs电子器件产生特殊的输运特性。因此基于ZGNRs的研究的非常重要的。人们在研究sp2杂化的石墨烯的同时,也在不断地探索具有不同杂化形式新的碳的同素异形体。由于石墨炔具有独特的sp2和sp杂化特性,近几年石墨炔方面的研究同样受到广泛关注,Hirsch认为对石墨炔研究的新时代即将到来。尽管科学家在有关石墨炔结构、合成、特性等方面开展了许多研究工作,但是有关石墨炔体系电子输运性质方面的研究却鲜有报道。由于石墨炔中组成π电子的碳原子轨道成份不同,导致以往关于石墨烯结构的电子输运性质的结论不能完全适用于石墨炔体系。因此,研究石墨炔体系的电子输运性质,探索适用于研究sp2和sp杂化体系的电子输运机制的理论具有非常重要的理论和应用价值。本论文中的三个工作就是基于石墨烯和石墨炔这两种材料展开研究的。1. ZGNRs电极与石墨一炔子结构的电子输运特性考虑到石墨一炔结构中包含sp2和sp两种不同的杂化模式,它的电子输运特性以及相关的物理机制问题研究的较少,因此探索适用于研究sp2和sp杂化体系的电子输运机制的理论具有非常重要的理论和应用价值。考虑到电极与中心分子的接触电阻问题,我们选取了ZGNRs作为电极,这是由于它们都是二维的平面材料,并且ZGNRs具有边缘态,能够在Fermi能级处产生较强的电子密度分布,这种奇特电子密度分布可能会对基于ZGNRs电子器件产

关键词：石墨烯石墨炔电子输运密度泛函理论非平衡格林函数

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磁性单分子器件电子输运性质及其自旋调控

磁性单分子器件电子输运性质及其自旋调控

引用

作者：周艳红湖南大学

学位级别：博士

本文采用第一性原理计算方法,系统地研究了分子尺度体系输运性质中存在的几个问题以及通过设计特殊分子器件实现有意义的输运特性。重点探讨了酞菁分子和过渡金属酞菁分子的磁致电阻效应、宽度对6,6,12石墨炔输运性质的影响,得到了好的... 详细信息

本文采用第一性原理计算方法,系统地研究了分子尺度体系输运性质中存在的几个问题以及通过设计特殊分子器件实现有意义的输运特性。重点探讨了酞菁分子和过渡金属酞菁分子的磁致电阻效应、宽度对6,6,12石墨炔输运性质的影响,得到了好的磁致电阻效应,负微分电阻和自旋过滤效应,并行碳链中的基尔霍夫定律以及石墨炔纳米带的稳定性问题。主要内容如下:第一章介绍了分子电子器件研究的发展概况、人们探索分子尺度器件的实验方法以及当前研究分子器件的主要理论方法,最后阐明了本论文研究的主要内容和意义。第二章是理论基础和计算方法部分。在介绍什么是第一性原理计算的基础上,详细介绍了两种主要的第一性原理方法Hartree-Fork近似方法和密度泛函理论方法的理论基础和实际应用。最后详细地介绍了如何把密度泛函理论和非平衡态格林函数方法结合起来,进行分子导体输运特性的第一性原理计算及所采用的计算程序。第三章是基于实验上测得酞菁分子和钴酞菁分子具有巨磁电阻效应,我们研究了酞菁分子和过渡金属酞菁分子的磁致电阻效应,得到了比实验上大得多的磁致电阻效应。通过分析多种过渡金属酞菁分子的自旋磁矩,铬酞菁分子中的过渡金属鉻原子拥有最大的自旋磁矩,因此最适合做自旋过滤器件,我们的计算验证了这一点。第四章6,6,12-graphyne,虽然不像石墨烯,alpha石墨炔那样具有六角对称结构,但却具有不对称的狄拉克锥。这预示着6,6,12-graphyne具有奇特的电子特性和输运性质。因此我们对锯齿型的6,6,12-graphyne纳米带的输运性质进行了研究。研究发现,4个宽度此纳米带费米能级附近两条能带不像石墨烯那样是平的,而是弧形的,也不同于5个宽度此纳米带的,这就导致了非常不一样的输运性质。如在不考虑磁性的情况下,5个宽度6,6,12-graphyne的体系中,电流是被抑制的。在反平行的自旋极化下,5个宽度6,6,12-graphyne的体系中出现了磁致电阻效应,负微分电阻和自旋过滤效应。第五章是为了实现电子器件的不断小型化,人们基于单分子设计出了具有各种功能的电子器件。传统器件中的二极管效应,开关效应,场效应管,自旋过滤和磁致电阻效应等,都已经在分子体系,甚至单分子体系中实现了。然而,在分子器件中实现传统的基尔霍夫定律的研究工作却很少。仅有的几篇相关文献均没能在分子尺度器件中实现传统的基尔霍夫定律,原因是并行分子链间存在耦合,这种耦合会产生量子相干或退相干作用。鉴于此,为了在分子器件中实现基尔霍夫效应,我们试图通过增加分子间的距离来减少或消灭量子相干效应;同时我们选择了分子本身宽度很窄的碳原子链作为材料。结果和我们的预想一致,在我们设计的电路中显示出了完美的基尔霍夫叠加定律:当双碳链之间的距离调整到15.5?时,双链体系的电导是单链体系的1.96倍,同时在一个大的电压范围内,通过双链的电流几乎是通过单链的2倍。此外,增加双链之间的距离,电导叠加效果更好;相比于单链,双链体系中的自旋过滤效果得到了加强。第六章跟石墨烯纳米带一样,石墨炔纳米带的磁性稳定性也不理想。如纳米带12个宽度时,铁磁态和反铁磁态的总能相差只有2.8me V。我们对锯齿型石墨炔纳米带三种磁态的稳定性进行了初步计算,计算结果显示,边沿双氢化的石墨炔纳米带反铁磁态的稳定性较单氢化的明显增强。边沿双氢化的石墨炔在没有加外电场时,铁磁态与反铁磁态的总能差值为20.3me V(而单氢化时仅为8.2me V)。随着外电场的介入,这种总能差值随着电场的增加而增加,在0.07 V/?时达到了最大值35 me V。这个总能差值是令人兴奋的,因为它相当于408K的温度差,这表明石墨炔在电场0.07 V/?时可以在常温下保持稳定。我们的计算还发现在电场范围(0.04～0.07)V/?内,自旋向上的能带通过了费米能级,而自旋向下的能带是直接带隙的。也就是说通过调节外电场的值,我们得到了半金属性,而且这种半金属性是稳定的,这预示着石墨炔可以制作成稳定的自旋过滤器件。第七章采用密度泛函理论+非平衡格林函数方法的算法,通过调控酞菁分子中钴原子的自旋方向来调控其自旋过滤效果。当不考虑钴原子磁性方向时,钴酞菁分子体系中的自旋过滤效果不佳。考虑钴原子的磁性方向后,自旋向上和自旋向下电流的差值变大了。对于电极磁性平行的情况,当把钴原子的磁性方向调制与电极自旋方向一致时,自旋过滤效果从差变到很好。同样对于电极磁性方向反平行时,把钴原子的磁性方向调制成与左电极方向一致,自旋向上的电流在整个考虑的电压范围内明显增大,而自旋向下的电流保持遏制,自旋过滤效果变得更加完美。因此,钴酞菁分子中钴原子的自旋方向可以极大地提高自旋过滤效应。

关键词：分子电子器件非平衡格林函数密度泛函理论电子输运机理自旋过滤效应磁致电阻效应基尔霍夫定律双氢化半金属性

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低维石墨烯纳米体系的电子结构及输运机理研究

低维石墨烯纳米体系的电子结构及输运机理研究

引用

作者：陈铜湖南大学

学位级别：博士

本论文在阐述了分子电子学产生背景和分子器件应用前景的基础上,采用了基于密度泛函理论和非平衡格林函数输运理论相结合的第一性原理计算方法,系统地研究了分子体系的电子结构和输运性质。着重研究了配位原子掺杂、分子链的长度、电极... 详细信息

本论文在阐述了分子电子学产生背景和分子器件应用前景的基础上,采用了基于密度泛函理论和非平衡格林函数输运理论相结合的第一性原理计算方法,系统地研究了分子体系的电子结构和输运性质。着重研究了配位原子掺杂、分子链的长度、电极-分子的接触类型、分子结的构型、化学修饰以及门压等对体系电子输运性质的影响。观察到明显的负微分电阻行为、电学整流效应,深入探讨了分子器件中的开关比、自旋过滤以及自旋极化等,并给出了相应的输运量子调控的理论机理。本论文主要研究以下几部分内容:运用基于密度泛函数理论和非平衡态格林函数电子输运计算相结合的第一性原理方法,我们研究了用双N原子取代掺杂两个准相邻晶格C原子的扶手型石墨烯纳米条带的电子能带结构及电荷输运特性。研究结果表明N2A A掺杂扶手性纳米条带的电学性能根据N2A A的位置不同可以呈现半导体和金属特性,因此我们可以通过调控N2A A位置实现扶手型石墨烯纳米条带的开关效应。我们所构建的体系在半导体和金属性质之间的转变主要归根于N原子和C原子的Pz轨道之间的耦合作用。此外在这种双N掺杂的扶手型纳米条带器件中,我们可以观察到明显的负微分电阻效应。因此通过调控N2A A位置可以使分子体系呈现完全不同的电荷输运性质。接着,我们研究了在不同宽度的N2A A掺杂的扶手型石墨烯纳米条带器件的输运性质。我们用N2A A取代分子器件中一个电极的中心或者边缘的双C原子,而体系的另一个电极则不掺杂。结果表明,分子器件的电子输运性质不仅依赖双N原子的掺杂位置,而且也受纳米条带宽度的影响。通过调节扶手型石墨烯纳米带的宽度以及N2A A的位置,可以有效的调控器件的整流率。进一步发现,宽度为10的边界N2A A掺杂的扶手型石墨烯纳米分子器件的整流比最大,而且我们证明了体系左右电极能带的匹配以及其对应的分子投影自洽哈密顿量间的耦合作用是产生明显整流效应的根本原因。运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,我们研究了边缘钝化的锯齿形石墨烯纳米带异质结的输运特性。计算结果表明sp2和sp3共存可以使锯齿形石墨烯纳米带变成具有稳定带隙的半导体材料。我们发现边界为sp2和sp3钝化的锯齿形石墨烯纳米条带之间轨道对称不匹配抑制了电导边界态,而且带隙的大小主要是由sp2边界锯齿形石墨烯纳米带的第二最高价带与第二最低导带之间的能量差来决定。研究发现sp2和sp3边界钝化的锯齿形石墨烯纳米条带的半导体特性也受条带宽度的影响,在宽度为奇数时,分子器件的能隙都较小,且带隙随其宽度的增加递减地很快。而当宽度为偶数时,体系的带隙都相对比较大,其随宽度递减比较缓慢。我们研究了单碳链通过不同的连接方式夹在两个锯齿形石墨烯纳米条带电极中间组成的碳链分子结的自旋输运性质。通过改变碳链与锯齿形石墨烯之间的连接方式调制器件自旋输运特性。结果表明,当体系左右电极处于反铁磁态时,整体电导能力较弱,表现为半导体性质。而体系处于铁磁态时,自旋向下的电子被抑制,仍然保持绝缘体性质,而自旋向上的电子电导能力较好,表现为金属性,因而在费米能附近出现完美的自旋分离效应。在碳链长度确定的情况下,53连接的构型的自旋向上的电子比56/36分子结的导电性能较好。其次,这些不对称分子器件的自旋输运在一定的能量范围内都表现100%的自旋电流极化效应。进一步研究表明,这些完美自旋过滤效应主要与不对称体系的分子轨道与电极耦合强度有关。研究了一种由铬卟啉连接两条单原子碳链夹在半无线长的锯齿形石墨烯纳米条带中间所组成的分子器件的自旋输运性质。研究结果表明,当体系处于P态时,费米能处自旋向下的电子被抑制,其自旋向上的电子态密度分布却是离散的,说明自旋向上的电子在体系中电导较好,表现为金属性;而当体系处于AP态时,体系中的电子的传输能力被强烈抑制,使体系呈半导体性。此外,体系在P态与AP态都能具有100%的自旋电流极化效应,而且在AP中有整流比高达104的整流效应。因此,我们构建的器件中能表现有整流效应、负微分电阻效应以及自旋极化为100%的自旋分离效应等多种分子开关行为共存性质。进一步的研究表明,这些自旋效应主要归根于锯齿形石墨烯纳米带的π和π*子带所固有的自旋输运选择以及分子轨道与电极之间耦合强度。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数电子输运机理分子器件石墨烯负微分电阻分子开关效应分子整流效应自旋输运自旋极化

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石墨烯及其衍生结构光电性质的第一性原理研究

石墨烯及其衍生结构光电性质的第一性原理研究

引用

作者：杨玉娥南京航空航天大学

学位级别：博士

自从2004年被成功制备以来,石墨烯由于其优异的物理化学性质一直是全世界研究的热点。但二维石墨烯的零带隙半导体属性在很大的程度上限制了它的实际应用。为了拓宽石墨烯的应用领域以及让它可以真正有效应用到将来的纳电子器件中,研究... 详细信息

自从2004年被成功制备以来,石墨烯由于其优异的物理化学性质一直是全世界研究的热点。但二维石墨烯的零带隙半导体属性在很大的程度上限制了它的实际应用。为了拓宽石墨烯的应用领域以及让它可以真正有效应用到将来的纳电子器件中,研究者们采取各种方法实现了对石墨烯的改性与调控,具有诸多新颖性能的石墨烯衍生结构不断的被制备出来,极大的拓展了石墨烯的应用领域,对综合开发利用石墨烯有很重要的意义。基于此,我们在本论文中利用密度泛函理论及非平衡格林函数的方法,研究了两种重要的石墨烯衍生结构——石墨烯纳米带及石墨烷的掺杂效应、光学性质及输运特性,得到了一些有意义的结果。本论文的主要内容如下:第一章,介绍了石墨烯及其典型衍生结构的物理化学性质和应用,同时给出了本论文的研究工作概述。第二章,介绍了本论文的理论基础、计算方法及相关软件。第三章,探讨了Fe吸附原子对锯齿型石墨烯纳米带(ZGNR)的输运性质的调制效应。计算结果显示,ZGNR的输运性质对Fe原子的吸附位置非常敏感。当Fe原子吸附在ZGNR的边缘时,它对输运性质的调制最显著。随着Fe原子从ZGNR的边缘处向中心移动,它对输运性质的影响呈递减的趋势。另外,我们还发现Fe吸附原子对ZGNR的自旋向下通道的影响比自旋向上通道大,因此产生了高的自旋极化率,实现了自旋极化输运。第四章,我们研究了Li原子对石墨烯及其衍生结构石墨烷构成的石墨烷/石墨烯联合体系的掺杂效应。我们构建的体系是在四层石墨烯上面放置(1～4)层的石墨烷。利用Bader程序分析了体系的电荷分布,我们发现Li原子提供的绝大部分的转移电荷都分布在最上面的石墨烷层中,内部的石墨烯片层几乎接收不到转移电荷。这表明石墨烷层是可以屏蔽外部电荷的,这和经典的静电屏蔽效应是吻合的。并且,这种现象并不随着石墨烷层数的增加而变化。进一步的机理分析阐明:联合体系的层间静电相互作用和最上面石墨烷层中的近自由电子态在该体系的电荷分布中扮演了很重要的角色。第五章,我们分别对石墨烷纳米带的光学性质和输运性质进行了研究。在光学性质方面,我们发现锯齿型和扶手型石墨烷纳米带的介电函数虚部谱线和石墨烷本身的非常相似,它们都呈现出光学各向异性。并且石墨烷纳米带的光学性质还不依赖于纳米带的宽度及边缘特点。这种性质主要归结于所有石墨烷纳米带中的碳原子均是sp3成键,能态结构的轨道贡献都非常相似,因此满足相同的光学跃迁定则,呈现出相似的光学性质。这种光学性质的特殊共性使我们在实际应用中不需要制备特定宽度和边界形状的石墨烷纳米带。在输运性质方面,我们构建的是以石墨烷纳米带为中间势垒层的磁性隧道结。通过计算磁性隧道结在平行结构和反平行结构下的电流电压曲线,我们发现电流在不同结构时对偏压的响应是不一样的:在平行结构时,电流随着偏压的增加先增大后减小,出现了负微分电阻现象;而在反平行结构时,电流则随着偏压的增加而逐渐增大。这两种结构下的不同电流——电压响应导致产生了高达7700%的隧穿磁电阻,并且还出现了正负磁电阻的反转现象。通过分析不同偏压下的透射谱,我们阐明了这种现象产生的物理机制。第六章,对本论文的工作进行了总结以及对将来研究工作的展望。

关键词：石墨烯衍生结构掺杂光学性质电子输运密度泛函理论非平衡格林函数

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重费米子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运研究

重费米子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运研究

引用

作者：张树峰中国科学院大学

学位级别：博士

量子输运是研究材料性质的重要手段。近些年来随着实验技术的进步，量子输运在凝聚态系统的研究中发挥了重要作用。本论文主要通过非平衡格林函数方法研究重费子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运性质。\n (1)我们研究了正常态重... 详细信息

量子输运是研究材料性质的重要手段。近些年来随着实验技术的进步，量子输运在凝聚态系统的研究中发挥了重要作用。本论文主要通过非平衡格林函数方法研究重费子材料和磁性拓扑绝缘体薄膜的量子输运性质。\n (1)我们研究了正常态重费米子材料的电输运性质。我们采用了大U极限近似下的周期性Anderson模型。着重研究了Fano和空间路径干涉效应、探针和样品的耦合强度及其与能带特征，如杂化能隙和范霍夫奇异点，之间的竞争与合作。我们发现在探针和样品接触界面较大的情形，空间干涉效应会压制杂化能隙附近的电导谱。这是由于空间干涉导致电子到样品中布洛赫态的跃迁是动量依赖的。我们认为这对应于点接触测量的情形，因为点接触区域的面积通常是较大的。考虑到重费米子材料中f电子的能带会被重整化到费密面附近，这一压制效应导致点接触测量会丢失f电子的部分信息。Fano干涉源于电子到巡游导带和经由局域的f电子能带再进入导带之间的干涉效应。我们发现这会导致电导谱中出现极小值，进而增加电导谱的非对称特征。此外，我们发现在探针和样品局域耦合的情形，增强耦合强度会导致在杂化能隙内出现电导峰。这是源于局域束缚态的出现。\n (2)我们研究了磁场和门电压对处在量子反常霍尔(QAH)相的磁性拓扑绝缘体薄膜的影响。我们计算了体系相应于门电压和费密能的相图。我们发现门电压会破坏QAH相，并在其取值极大时形成平庸的相。QAH的电阻平台不会被磁场破坏，并且在强磁场下演化到量子霍尔效应的相。适当强度的磁场在某些参数下会导致一个类似量子自旋霍尔效应的相。在标准的六端口霍尔测量中，我们发现磁场会导致一些霍尔电阻和纵向电阻的取值均为分数的平台。

关键词：量子输运重费米子材料磁性拓扑绝缘体薄膜非平衡格林函数

来源：评论

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类石墨烯的谷电子输运研究

类石墨烯的谷电子输运研究

引用

作者：汪萨克东南大学

学位级别：博士

近年来,基于二维类石墨烯材料中的谷电子学受到了研究人员的广泛关注,这是因为狄拉克电子的谷自由度和电子的自旋自由度一样,被认为可以用来作为信息的载体。目前谷电子学仍然处于发展的初期,谷电子流的产生、调控和探测是这个领域的核... 详细信息

近年来,基于二维类石墨烯材料中的谷电子学受到了研究人员的广泛关注,这是因为狄拉克电子的谷自由度和电子的自旋自由度一样,被认为可以用来作为信息的载体。目前谷电子学仍然处于发展的初期,谷电子流的产生、调控和探测是这个领域的核心问题。本论文将从这三个方面出发研究谷电子在不同环境体系下的输运特性。我们首先在搭扣结构的二维硅烯中提出利用空间交错静电势场来获得纯谷流。研究表明,由于静电势场可以导致二维硅烯为谷拓扑绝缘体,相反的静电势场则可定义相反的谷陈数,所以空间交错静电势场能产生多重受拓扑保护的谷拓扑界面态,它支撑无耗散的纯谷流形成。在具有自旋轨道相互作用的情形下,这些拓扑界面态可形成谷自旋耦合界面态。在磁化的二维硅烯和单层二硫化钼系统中,我们计算系统的相图,发现了系统可形成谷、自旋以及它们耦合的半金属态,这些量子态可以用来制作各类谷阀或者谷自旋阀电子器件。为了进一步调控谷自由度,我们研究了石墨烯超晶格系统。发现由于原胞的扩大,导致原先的K谷和K'谷的耦合,从而在系统中形成了类似于半导体中的Rashba自旋轨道耦合的赝谷交换相互作用。通过散射模型的计算,我们证明了这种的赝谷交换相互作用可以用来调控谷自由度,并且当电子的能量大于可能的系统能隙时,谷自由度在空间的进动只与赝谷交换相互作用有关,从而可以实现任何可能的K谷和K’谷的叠加态。最后我们研究了谷电子的探测。通过模拟实验上的四端霍尔条装置,计算了量子谷霍尔效应导致的非局域电阻率开NL。我们发现当霍尔条的宽度大于其长度即ω>l时,非局域电阻率是量子化的,RNL=h/e2;而在相反的情形下l>ω,非局域电阻率是指数减小的。其物理原因是因为谷自由度定义在倒空间,与器件本身的外廓形状密切相关,从而在l>ω条件下,逆量子谷霍尔效应会导致谷间散射的存在。这些发现与实验结果一致,并说明了实验为什么没观察到量子化的RNL。我们还发现量子化的非局域电阻率非常稳健,独立于器件的毛边和静态无序。

关键词：谷电子学石墨烯硅烯二硫化钼贝里曲率陈数非平衡格林函数拓扑绝缘体谷流谷极化量子谷霍尔效应

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低维量子体系输运中的动力学和热电性质研究

低维量子体系输运中的动力学和热电性质研究

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作者：古磊华中科技大学

学位级别：博士

低维体系由于其特有的低维特性,往往具有区别于三维块材的独特性质。对于分子器件,量子点、分子导线线等低维结构是主要的元器件。本文使用非平衡格林函数方法研究了两个典型低维体系的输运性质:双链DNA分子和金属-量子点-磁性绝缘体异... 详细信息

低维体系由于其特有的低维特性,往往具有区别于三维块材的独特性质。对于分子器件,量子点、分子导线线等低维结构是主要的元器件。本文使用非平衡格林函数方法研究了两个典型低维体系的输运性质:双链DNA分子和金属-量子点-磁性绝缘体异质结。对于DNA分子,我们研究了分子动力学和电荷输运之间的相互作用,以及量子相干对其热电输运性质的影响。对于量子点异质结,我们较系统的研究了它的热自旋输运机理以及对热自旋流的调控方法。基于DNA的分子器件和热自旋电子学是重要的两个研究方向,我们的结果对相关实验和器件设计有参考和借鉴意义。当某个体系偏离平衡态而随时间演化时,反映体系性质的物理量也会随着时间变化,非平衡格态林函数方法是计算这些含时物理量的一种重要方法。当没有外场或偏压等非平衡因素时,非平衡格林函数退化为平衡态格林函数方法,所以非平衡格林函数方法可以被认为是格林函数方法的一般形式。由于有像Dyson方程、Wick定理等系统的方法来处理格林函数的计算,以及很多近似和数值方法也都基于格林函数,使用格林函数方法来进行计算往往会比较方便,也具有较强的适用性。文章第一章为绪论,首先简述了DNA输运性质和热自旋电子学的研究背景和现状。在简单介绍了非平衡格林函数涉及的基本定义等背景知识后,我们说明了如何用格林函数方法处理一类动力学问题,接着对用来处理强关联体系的隶玻色子方法和非交叉近似做了简要介绍。绪论的最后简述了研究的动机和内容。由于DNA分子的碱基间存在π键,这使其能够导通电流。与此同时,碱基间的氢键和π键都是相对较弱的成键作用,这意味着DNA的动力学强度比较小,也就是说其形态和结构容易受到外力的影响。第二章使用格林函数方法研究了DNA分子在两端加上偏压时的动力学,以及动力学对DNA导电性能的影响。我们发现电流的动力学效应能够很显著地导致碱基对的分离。通过电声相互作用,被打开的碱基对会抑制电荷的输运,从而出现负微分电阻等现象。在接下来的第三章,我们设计了一个实验方案来验证DNA中的负微分电阻是否由电流的动力学效应引起,并理论计算了方案的可行性。由于DNA分子动力学影响其导电性质,不同环境对DNA分子动力学的作用会导致不同的导电特性,电荷输运与动力学之间的相互作用为解释实验上观察到的DNA多变的导电性质提供了一个新角度。从第四章开始,我们研究温差导致的输运现象。由于DNA的双链结构以及π键堆叠导电通道,电荷的输运中可以出现Fano和Dicke效应这两种由量子相干导致的现象。我们的计算表明,通过调节电子在位能和交叠积分等能量的大小,DNA或有类似结构分子的热电性能可以都到明显的提升,对这些参数的调节可通过环境涨落等方式来实现。在第五章中,我们研究了另一种低维体系的热自旋输运—由金属、量子点和磁性绝缘体构成的异质结中的自旋Seebeck效应。我们推导了热自旋流的格林函数公式,以及其在隶玻色子表示下的表达式,然后我们使用非交叉近似计算了热自旋流。这种异质结允许通过门电压来调节自旋流的大小,从而提供了一种不需要改变温度梯度的调控方式。此外,我们研究了库伦相互作用对热自旋流的影响,并发现强度合适的库伦作用能显著的增大自旋流的可调范围。在正文的最后部分,我们总结了文章的主要内容和创新点,并对相关问题的后续研究进行了展望。

关键词：非平衡格林函数 DNA 电流力塞贝克效应隶玻色子非交叉近似

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二维材料纳米条带量子输运与热电性质研究

二维材料纳米条带量子输运与热电性质研究

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作者：周本良湖南师范大学

学位级别：博士

二维狄拉克电子体系,包括石墨烯、拓扑绝缘体和硅烯等,由于其能带在费米能级附近具有线性色散的狄拉克锥结构,呈现出无质量手征特性,因而需采用类狄拉克方程来描述。由于这类体系中可以实现许多新颖量子效应,如量子自旋霍尔效应和量子... 详细信息

二维狄拉克电子体系,包括石墨烯、拓扑绝缘体和硅烯等,由于其能带在费米能级附近具有线性色散的狄拉克锥结构,呈现出无质量手征特性,因而需采用类狄拉克方程来描述。由于这类体系中可以实现许多新颖量子效应,如量子自旋霍尔效应和量子反常霍尔效应等,进而实现无能耗或低能耗的电子传输,在自旋电子学和谷电子学方面具有重要的基础意义和应用背景,近年来受到人们越来越多的关注。本学位论文工作采用非平衡格林函数方法,较系统地研究了二拓扑绝缘体Hall bar、硅烯纳米条带铁磁电极下的量子输运与热电性质,旨在为未来基于二维狄拉克电子体系的纳米(自旋/谷)电子器件的设计提供物理基础。全文共分为六章。第一章为绪论,简要介绍了二维和三维拓扑绝缘体以及硅烯这类狄拉克电子材料的理论预测和实验制备,以及相关的自旋轨道耦合与量子自旋霍尔效应。第二章详细介绍了本文中采用的Landauer-Biitittiker公式和非平衡格林函数方法。第三章研究了正常/铁磁/正常二维拓扑绝缘体的能带结构和自旋相关输运性质,其中铁磁区域由掺杂磁性Mn原子来实现。我们发现,有限尺寸的量子限制会使得体系的能带打开带隙；掺杂磁性Mn原子所产生的交换场会引起能带自旋劈裂并打破自旋简并的电导；通过调节费米能量和交换场强度,或者通过调节费米能量和铁磁区域长度,体系可以实现从量子自旋霍尔态到量子反常霍尔态的转换。这些结果能为设计无耗散的自旋过滤器件提供理论依据。第四章研究了锯齿型硅烯纳米条带(ZSiNR)和扶手椅型硅烯纳米条带(ASiNR)的能带结构和电子输运性质。硅烯由于其错层结构,其纳米条带都不具备σ镜面对称特征,我们发现ZSiNR的电子输运性质却存在对称性,从而导致当ZSiNR的原子链数N取偶数时体系的磁阻可以达到100%,而N取奇数时则没有此性质,所以采用偶数的N-ZSiNR来设计自旋阀器件比采用奇数的更具优异性。我们同时研究了ZSiNR的自旋转矩随两铁磁电极磁化方向的相对夹角以及随费米能量的变化,发现随夹角呈现出类似正弦函数的变化关系,随费米能量的变化则关于狄拉克点反对称。此外,安德森无序对自旋转矩的影响在狄拉克点附近区域比较敏感,而远离狄拉克点的区域则基本不受较小安德森无序的影响。另外,我们发现ASiNR的能带带隙随着其宽度N的增加,以3为周期振荡减小。如果满足N=3n+2则体系是金属(其中n是正整数),否则就是半导体。金属型和半导体型ASiNR的电子结构和输运性质都可以通过有效自旋轨道耦合强度和垂直电场来调控。最后,我们发现较小的安德森无序对ASiNR中的电导基本没有影响。第五章研究了ZSiNR在外加垂直电场下的热电性质。我们发现ZSiNR的热电性质同样具有对称性,类似于其在第四章中研究过的电子输运性质。在无外电场时,6-ZSiNR其自旋塞贝克系数比7-ZSiNR的要大1个数量级。但是,随着外加垂直电场的增强,6-ZSiNR其自旋塞贝克系数减小,而7-ZSiNR的则随之增大。通过调节电场的大小,7-ZSiNR的自旋塞贝克系数其绝对值可以增大至6-ZSiNR的一样大接近200μV/K。我们进一步考虑了温度和磁化强度对自旋塞贝克系数的影响,发现随着温度的增加,6-ZSiNR中的自旋塞贝克系数减小,而7-ZSiNR的则增大。铁磁强度对6-和7-ZSiNR的自旋塞贝克系数影响定性上相同。最后,我们研究了磁化强度对自旋热电品质因子的影响,发现随着磁化强度的增加,6-和7-ZSiNR的自旋热电品质因子都增大,但6-ZSiNR中的自旋热电品质因子比7-ZSiNR的要大4个数量级。我们的研究结果也表明采用偶数的N-ZSiNR来设计热电器件比采用奇数的明显更具优异性。第六章,我们对本文的工作进行了总结和归纳,并对基于这类二维狄拉克电子体系的理论研究进行了展望。

关键词：二维拓扑绝缘体硅烯纳米条带能带结构自旋相关输运热电性质非平衡格林函数

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B40作为NH3传感器及存储CO2的理论研究

B40作为NH3传感器及存储CO2的理论研究

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作者：林斌苏州大学

学位级别：硕士

自从C60富勒烯被发现之后,在将近二十多年的时间里,人们一直在探索发现硼基富勒烯存在的可能性。尽管硼基纳米结构的理论研究已经取得了很大的进展,但在2014年以前依然没有实验证明硼的纳米结构的存在。2014年,一种全硼的,笼状的团簇B4... 详细信息

自从C60富勒烯被发现之后,在将近二十多年的时间里,人们一直在探索发现硼基富勒烯存在的可能性。尽管硼基纳米结构的理论研究已经取得了很大的进展,但在2014年以前依然没有实验证明硼的纳米结构的存在。2014年,一种全硼的,笼状的团簇B40在实验下被观察到。这种全硼富勒烯的表面通过σ和π键组成,因此表面并不光滑并且呈现出不常见的七边形,这与C60的结构形成鲜明的对比。由于硼富勒烯首次在实验中被观察到,加上硼富勒烯的特殊性质,使得研究B40的应用途径具有非常重要的意义。本文探讨了B40作为一种单分子器件来检测氨气和B40作为吸附剂来存储二氧化碳,以及从氮气、氢气和甲烷中捕获二氧化碳的理论研究。所用的理论方法是密度泛函理论和非平衡格林函数。对B40单分子器件的理论研究表明,由于B40良好的导电性,且B40对极性分子氨气的化学相互作用,从而显著的改变了B40表面的电子结构,进而影响了B40单分子器件的导电性,从而可以检测氨气分子。在B40作为一种存储二氧化碳及从氮气、氢气和甲烷中捕获二氧化碳的载体的理论研究表明,B40具有较大的比表面积,因此单个B40分子可以吸附多个二氧化碳分子并且是化学吸附,从而可以有效的存储二氧化碳,然而对于氮气、氢气和甲烷,B40对它们是物理吸附,从而可以很好的从这三种气体中捕获二氧化碳。我们的研究结果对开辟B40单分子器件中的新应用提供了理论基础,同时也对其它硼富勒烯存储气体和捕获气体的研究提供了理论参考。此外结合实验观察,还利用巨正则蒙特卡洛模拟方法来探讨了MIL-68（In）在高压下存储CO2性能的理论研究。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数 B40 CO2捕获气体分离电子输运 MIL-68(In)

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分子电子学在离子检测中的应用

分子电子学在离子检测中的应用

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作者：闵伟杰中国科学院大学

学位级别：硕士

本论文采取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，将分子电子学与离子检测相结合，研究了离子吸附对有机分子体系输运性质的影响，并分析其在离子检测中的潜在应用。其主要内容如下:\n 1，我们通过密度泛函计算来研... 详细信息

本论文采取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，将分子电子学与离子检测相结合，研究了离子吸附对有机分子体系输运性质的影响，并分析其在离子检测中的潜在应用。其主要内容如下:\n 1，我们通过密度泛函计算来研究萘分子的电子输运特性，结果发现通过N原子来替换每个苯环上面的-CH基团会导致HOMO-LUMO带隙的减小，这个会导致平衡电导比原来的分子提升了近80％，碱金属离子的吸附会导致不同的电学反应，特别是在吸附H+时，系统表现出一个绝缘态，然而其它所有的情况均表现出良好的导电态，这个为实验上H+的检测提供了新的方法。\n 2，研究吸附“重”离子(Cu2+、Hg2+、Ag+、Zn2+)时对体系输运性质的影响，结果发现吸附Cu2+和Ag+时体系电子的透射几率明显增强，且体系表现出明显的负微分电阻效应。

关键词：离子检测分子电子学电子输运特性密度泛函理论非平衡格林函数

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