检索结果-内蒙古大学图书馆

西南大学学报（自然科学版） 2013年第11期 27-31页

作者：柳福提周亚鑫程晓洪唐纲文萍宜宾学院物理与电子工程学院四川宜宾644007

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，对5个 Al 原子构成的链耦合在 Au(100)之间所形成的三明治结构的纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算，结果得到在两极距离为2.212 nm 时，几何结构最稳定，此时平衡电导为0.596 G 0(G... 详细信息

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，对5个 Al 原子构成的链耦合在 Au(100)之间所形成的三明治结构的纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算，结果得到在两极距离为2.212 nm 时，几何结构最稳定，此时平衡电导为0.596 G 0(G 0=2e 2/h)，电子主要通过 Al 链的 p 电子轨道进行传输；在-1.0~1.0 V 的电压范围内，随着正负偏压的增大，电导先减小后增大，成对称变化，而 I-V 曲线表现出非线性特征.

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数电子输运铝原子链

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MgB_2晶胞电子输运性质的计算

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河南师范大学学报（自然科学版） 2013年第4期41卷 55-58页

作者：柳福提张淑华程晓洪周亚鑫宜宾学院物理与电子工程学院四川宜宾644007 宜宾学院实验与教学资源管理中心四川宜宾644007

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数,对MgB2晶胞的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果得到MgB2晶胞的c轴垂直于z轴方向(电子传输方向)时的电导大于c轴平行于z轴方向时的电导,在外电压为(0～0.9V)范围内,电导比较稳定,其伏安曲线表... 详细信息

基于密度泛函理论结合非平衡格林函数,对MgB2晶胞的电子输运性质进行了第一性原理计算,结果得到MgB2晶胞的c轴垂直于z轴方向(电子传输方向)时的电导大于c轴平行于z轴方向时的电导,在外电压为(0～0.9V)范围内,电导比较稳定,其伏安曲线表现出线性特征,并从透射谱、投影态密度与电荷转移量对电子输运性质进行了分析与讨论.

关键词：电子输运密度泛函理论非平衡格林函数二硼化镁

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双原子链电子输运性质的理论模拟计算

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重庆师范大学学报（自然科学版） 2017年第5期34卷 94-98页

作者：王帆王家秋陈朋柳福提宜宾学院物理与电子工程学院四川宜宾644007

【目的】探究双原子链间的距离对电子输运性质的影响。【方法】运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法对由两条Si原子链平行并列构成的双原子链通过S原子与两个半无限长的Au(100)电极相耦合构成的纳米结点的电导进行理论模拟计... 详细信息

【目的】探究双原子链间的距离对电子输运性质的影响。【方法】运用密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法对由两条Si原子链平行并列构成的双原子链通过S原子与两个半无限长的Au(100)电极相耦合构成的纳米结点的电导进行理论模拟计算。【结果】原子链之间距离增大时,电导变化显著。当d=0.385nm时,结点的平衡电导取得最大值,且大于单原子链的平衡电导的两倍,电流-电压曲线表现出比较良好的线性特征;当d>0.435nm时,随着距离的继续增大,双原子链的电导几乎不再变化,大小等于单原子链电导的2倍。【结论】在一定距离范围内,原子链间的距离对结点的平衡电导有重要影响。

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数 Si原子链电子输运

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量子点中的非弹性输运

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山西大学学报(自然科学版) 2006年第2期29卷 149-152页

作者：徐卫平赖云忠山西大学理论物理研究所

采用非平衡格林函数的方法来对耦合在两电极间的量子点在外场作用下的输运性质进行研究.在考虑量子点内局域振动的情况下,适当的应用正则变换和绝热近似得到了谱函数和电流的表达式.结合数值方法分析得出电声子作用在外场下使谱函数和... 详细信息

采用非平衡格林函数的方法来对耦合在两电极间的量子点在外场作用下的输运性质进行研究.在考虑量子点内局域振动的情况下,适当的应用正则变换和绝热近似得到了谱函数和电流的表达式.结合数值方法分析得出电声子作用在外场下使谱函数和电流呈周期性变化而且变化频率为场变化频率的两倍.

关键词：介观系统输运非平衡格林函数正则变换

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铝原子链电子输运性质的第一性原理计算

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西南师范大学学报（自然科学版） 2013年第11期38卷 27-31页

作者：柳福提周亚鑫程晓洪唐纲文萍宜宾学院物理与电子工程学院四川宜宾644007

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，对5个Al原子构成的链耦合在Au（100）之间所形成的三明治结构的纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算，结果得到在两极距离为2．212nm时，几何结构最稳定，此时平衡电导为0．596G0（G0=... 详细信息

运用密度泛函理论结合非平衡格林函数方法，对5个Al原子构成的链耦合在Au（100）之间所形成的三明治结构的纳米结点的电子输运性质进行了第一性原理计算，结果得到在两极距离为2．212nm时，几何结构最稳定，此时平衡电导为0．596G0（G0=2e^2／h），电子主要通过Al链的p电子轨道进行传输；在-1．0～1．0V的电压范围内，随着正负偏压的增大，电导先减小后增大，成对称变化，而I—V曲线表现出非线性特征．

关键词：密度泛函理论非平衡格林函数电子输运铝原子链

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Luttinger量子线的交流输运性质

Luttinger量子线的交流输运性质

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作者：程芳湖南师范大学

学位级别：博士

关联（相互作用）和无序是凝聚态物理中的两个基本问题,在低维系统中更为重要。半导体异质结量子线（量子点）等介观系统考虑相互作用后的电子输运一直是人们感兴趣的问题,它不仅能展现一些重要的物理现象,而且有着潜在的技术应用背景... 详细信息

关联（相互作用）和无序是凝聚态物理中的两个基本问题,在低维系统中更为重要。半导体异质结量子线（量子点）等介观系统考虑相互作用后的电子输运一直是人们感兴趣的问题,它不仅能展现一些重要的物理现象,而且有着潜在的技术应用背景。量子线、量子点等介观体系是今后纳米量子电路和量子信息存储、处理的重要物理器件。本学位论文用Luttinger液体模型和非平衡格林函数及其运动方程方法,研究了考虑相互作用的量子线在交流场驱动下的输运性质,得到了一些有意义的新结果,对进一步认识与理解低维体系中的相互作用问题有重要的启示。全文共分为七章,安排如下: 第一章简要介绍了Luttinger液体模型的提出背景、主要特点、适用体系及研究意义。第二章介绍了费米子玻色化技术,推导了哈密顿量及其他算符的玻色化表示。第三章到第六章主要是介绍我们所做的工作。第三章由两个部分组成。第一部分使用运动方程,研究了与费米液体电子库绝热耦合的单通道纯净Luttinger量子线的交流输运性质。对于单模量子线,在短程相互作用极限下,我们得到直流电导率是e2/h,与电子相互作用无关;而交流电导率是一个振幅为e2/h的谐振函数,谐振的周期与相互作用强度,频率和量子线中的测量位置都有关。第二部分研究了含有一个强度随时间变化点杂质的相互作用量子线的交流输运性质。使用Luttinger液体模型和Keldysh技术,计算并分析了在任意Luttinger电子相互作用强度和任意的杂质位置下系统的背散射直流部分以及散粒噪声。我们发现在强相互作用下量子线中强度随时间变化点杂质的出现使得系统总的电流增大,而且增大的效果与杂质势的频率和源极漏极电压V的等效频率有关。背散射电流的直流部分随杂质势的频率谐振,谐振的周期取决于Luttinger电子相互作用强度。谐振并不只是有限长度的效应,这一点与量子线中含静态点杂质的情形不同。第四章研究了弱磁场下Rashba自旋轨道耦合（SOC）Luttinger量子线的输运性质。我们发现交流电导率是一个与电子相互作用强度、RashbaSOC强度、磁场强度、驱动频率以及量子线中的测量位置有关的谐振函数。电子相互作用对电导率的影响比Rashba SOC对电导率的影响要显著得多,而磁场对电导率的影响与Rashba SOC对电导率的影响十分相似。对于不考虑Rashba SOC的系统,自旋极化的电导率的比值σ↑/σ↓与电子相互作用的强度有关,而对于不考虑磁场的系统,自旋极化的电导率的比值与电子相互作用的强度无关。第五章研究了与两个不考虑相互作用库（电极）相连的双通道纯净无自旋非手征和手征Luttinger量子线,在考虑通道间和通道内部的电子相互作用后的输运性质。使用玻色化技术和线性响应理论,我们发现这两个系统的交流电导率都是电子相互作用强度、两个通道的费米速度的比值、驱动频率以及库中测量位置的谐振函数。尽管这两类系统的物理机制不同,它们的交流电导率却具有相似的变化趋势。然而,非手征Luttinger量子线的直流电导率等于2e2/h,手征Luttinger量子线的直流电导率与分数量子霍尔电导有关。第六章研究了Luttinger液体与两个相同的玻色爱因斯坦凝聚库耦合系统的输运性质。使用格林函数的运动方程方法,我们发现两个共振的输运几率峰间的距离由玻色子相互作用强度决定,而共振峰的宽度主要由Rabi频率和玻色爱因斯坦凝聚库的相决定。第七章对本论文的工作进行总结和归纳,并对这一研究领域的发展前景作了简要的展望。

关键词：量子线 Luttinger液体模型自旋轨道耦合交流输运非平衡格林函数

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二维碳基分子器件电荷输运性质的理论研究

二维碳基分子器件电荷输运性质的理论研究

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作者：周裕鸿华中科技大学

学位级别：博士

石墨烯纳米带因其优越的电学性质，在分子电子领域具有很好的潜在应用，越来越受到广泛的关注。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掺杂的石墨烯纳米带以及杂化的硼氮/石墨烯纳米带分子器件，通过分... 详细信息

石墨烯纳米带因其优越的电学性质，在分子电子领域具有很好的潜在应用，越来越受到广泛的关注。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掺杂的石墨烯纳米带以及杂化的硼氮/石墨烯纳米带分子器件，通过分析其电子结构和输运性质，讨论了杂质原子以及石墨烯纳米带杂化对上述体系电学性质的影响。主要内容研究如下：　　以扶手椅形石墨烯纳米带(AGNR)器件作为研究对象，分子器件的一个电极未掺入任何杂质，但是另一个电极中的某一碳(C)原子被磷(P)原子取代。计算结果表明：在AGNR体系中出现了较大整流率的整流行为;而且，如果调节石墨烯纳米带的宽度，其整流效应也会随着纳米带宽度的变化而发生变化。如果我们考虑同一宽度的石墨烯纳米带分子器件，改变杂质磷(P)原子在电极中的位置，结果显示磷(P)原子的位置对电流电压曲线影响可以忽略不计。　　研究了磷(P)掺杂的扶手椅形石墨烯纳米分子器件的电子输运性质。针对不同宽度的扶手形石墨烯纳米带分子(AGNR)体系，两个磷(P)原子分别取代左右电极的中间碳(C)原子。研究结果表明：掺有磷原子石墨烯纳米带体系在其宽度发生变化的情况下，能够导致不同的电子输运特征。分析其电流电压性质，得到这些分子器件均具有负微分电阻效应，并且把不同宽度的石墨烯纳米带体系的电子输运性质分为三类(3n，3n+1和3n+2)。我们使用磷掺杂的石墨烯纳米带分子器件，可以成功实现负微分电阻效应的方法之一。　　研究了硼(B)掺杂的扶手椅形石墨烯纳米分子器件的电子输运性质。分别选取了宽度W=5到W=13的扶手椅形石墨烯纳米结，使用硼(B)原子取代电极中的某个碳原子，另外一个电极则未掺入任何杂质。当石墨烯纳米带的宽度为3n+2时，这些体系表现出金属性质;当石墨烯纳米带的宽度为3n和3n+1时，这些体系表现出半导体性质。并且把不同宽度的石墨烯纳米带体系的电子输运性质分为三类(3n，3n+1和3n+2)。并且，宽度W=7的分子器件具有很好的整流效应。　　研究了由锯齿形硼氮纳米带(ZBNNR)与锯齿形石墨烯纳米带(ZGNR)组成的杂化体系(Z–BnNmCp，n+m+p=16)的电子结构及其输运性质。结果表明氮硼纳米带或石墨烯纳米带的宽度对杂化的Z–BnNmCp体系的电子输运性质有着十分重要的影响。当n和m的数目不相等时，可以观察了负微分电阻效应，并且其负微分电阻可以通过改变硼氮纳米带的宽度而得到有效调控。当杂化的Z–BnNmCp体系中P为奇数时，其电导会随硼氮纳米带的宽度增加而增加。　　随着科技的发展，分子器件的实用将会成为现实。本论文的这些研究结论对将来设计实际功能分子器件提供了有利的理论基础和研究依据。

关键词：石墨烯纳米带碳基分子器件电子输运性质密度泛函非平衡格林函数电学性质

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低维量子结构中的热电性质及其调控研究

低维量子结构中的热电性质及其调控研究

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作者：潘长宁湖南大学

学位级别：博士

随着材料科学技术的快速发展，新型纳米材料和纳米器件越来越引起了人们的关注。由于纳米体系的量子尺寸效应，纳米材料和纳米器件通常展现出一些奇特的物理性质，因而在纳米电子学、自旋电子学等诸多科学领域中有着广泛的应用前景。另... 详细信息

随着材料科学技术的快速发展，新型纳米材料和纳米器件越来越引起了人们的关注。由于纳米体系的量子尺寸效应，纳米材料和纳米器件通常展现出一些奇特的物理性质，因而在纳米电子学、自旋电子学等诸多科学领域中有着广泛的应用前景。另外，由于纳米集成电路的集成化程度越来越高，集成电路工作时不可避免地产生“废热”，如何将这些“废热”及时散发出去已成为该领域发展的一个瓶颈，其中一个既节能又环保的方法是利用高性能的热电材料，将产生的“废热”转化为电能合理地利用。本论文采用Landauer输运理论和散射矩阵相结合的方法、非平衡格林函数方法、分子动力学方法，研究了纳米结构和器件中声子的热输运性质、电子电导性质以及器件的热电转换性质，获得了一些有意义的结果。首先，利用非平衡格林函数方法和Landauer输运理论理论相结合，研究了石墨烯纳米异质结的弹道热电转换性质。研究表明不同的异质结对声子热导具有相似的影响，即热导值在常温下具有相似的变化趋势，且远小于相同宽度的理想石墨带的热导，并且随着温度的升高，热导不断增加。同时，我们发现由于异质结的两端宽度不同，导致声子的透射谱中出现了非总数量子化热导现象。然而，电子的透射对异质节的结构非常敏感，强烈地依赖于结构的几何细节。不同的结构会导致电子透射出现不同的振动，这种振动大大加强了系统热电转换的功率因子（the thermopower）。因此压缩的热导和加强的功率因子使系统具有很高的热电转换效应，在室温T=300K，其ZT因子可以达到0.6。其次，通过分子动力学模拟，我们研究了石墨炔纳米带的热导性质，发现石墨炔的热导性质具有很强的各向异性，对于具有相同尺寸（宽7.6nm长17nm）的石墨炔纳米带，armchair型纳米带（AGYNR）比zigzag型纳米带（AGYNR）的热导要高出15%，并且随着宽度的减少呈现增加的趋势。通过声子的色散关系对比，我们发现这种各向异性的热导性质是由于armchair型纳米带比zigzag型纳米带具有更高的声子群速度和更多的声子通道引起的，因此这种各向异性是材料本身固有的。这一研究结果对石墨炔纳米带在纳米电子学领域和热电转换领域的应用有重要的意义。接下来，在弹性连续模型近似下，采用模匹配技术，利用散射矩阵方法和Landauer输运理论相结合，研究了T型砷化铟（InAs）纳米线的声子输运、电子输运和热电转换性质。在计算声子热导时，我们分别计算了SH波、P波和SV波等三种波模的透射情况。结果表明，在温度极限T0时，热导趋向于普适的量子化值2k2BT/3h，且这些量子化值跟T型节的几何结构参量无关。但由于T型截面的散射，各种波模的热导都被极大地压缩，尤其是P波压缩得最厉害，因此其对总的热导贡献最少。系统总的热导也远小于理想的纳米线。另外，由于T型节对载流子的滤波效应致使电子的传输态密度发生局域形变，从而加强了热电转换的功率因子。高的热电因子和低的热导值使T型砷化铟纳米线具有很好的热电转换性能。研究表明其ZT因子可以在0.31.9之间进行调控。这种可以调控的热电性质对将来纳米热电装置的设计有很大的用处。然后，利用非平衡格林函数方法，我们对弯曲型石墨烯纳米带的热电性质进行了系统的研究，研究表明：不管是对两极都是zigzag型石墨烯纳米带的ZZ-GNRs，还是对两极是armchair型石墨烯纳米带的AA-GNRs，由于在中间散射部分zigzag纳米带与armchair型纳米带交替排列，从而引起了电子的共振射穿效应，保持了高的电导传输性质。另一方面，由于不同手性的石墨烯纳米带中声子模的不匹配和弯曲部分的表面散射作用，导致声子热导大大减少。因而，这些因素导致了弯曲型的纳米带具有很高的热电性能，并且这种热电性能可通过结构参数来有效调控。最后，利用非平衡格林函数方法和朗道输运理论相结合，我们系统地研究了硼氮纳米量子点的热电性质。研究结果表明：量子点系统的声子透射谱被有效地压缩，其声子热导大幅减少。另一方面，电子的透射出现了震荡现象，因而加强了体系的热电动势。加强的功率因子和被压缩的热传输性质，使得系统具有高的热电性质。本研究结果对高性能纳米器件的设计有一定的参考价值。

关键词：纳米带声子热输运声子热导热电性质非平衡格林函数分子动力学

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纳米体系电子态和电荷/自旋输运性质的第一性原理研究

纳米体系电子态和电荷/自旋输运性质的第一性原理研究

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作者：盛威复旦大学

学位级别：博士

分子电子学研究的目标是以单个分子为基础来构建功能性器件以代替硅基半导体晶体管等固体电子元件组装逻辑电路。由于采取了不同于传统硅基半导体器件的加工工艺的由而上的模式,从单个分子出发构建电子器件,它有可能给整个电子产业带来... 详细信息

分子电子学研究的目标是以单个分子为基础来构建功能性器件以代替硅基半导体晶体管等固体电子元件组装逻辑电路。由于采取了不同于传统硅基半导体器件的加工工艺的由而上的模式,从单个分子出发构建电子器件,它有可能给整个电子产业带来革命性的进展。自20世纪后期以来,随着扫描隧道显微镜、自组装技术、劈裂结技术等实验技术的发展与应用,科学家们在分子材料的光、电、磁性能的研究及分子器件的探索中,取得了长足的进步,分子电子学由此得到了迅速的发展。与此同时,为了弥补实验测量的不足,也为了证明和解释实验上测得的分子电导行为,理论工作者也发展了各种理论模型和方法,在分子器件设计和电子输运机理的研究上做出了许多杰出的工作。随着各种理论方法纷纷涌现,尤其是在非平衡格林函数结合密度泛函理论的方法取得巨大成功,并被学术界所广泛承认和采用之后,分子电子学的第一性原理研究方法已成为其重要的研究手段。本论文首先简单介绍了纳米电子学的实验和理论研究方法及研究进展,然后用理论的方法研究了包括单分子器件、以及基于单层石墨的几种纳米结构的电子结构和输运特性。本论文主要由以下几个部分组成：第一章首先简要介绍了纳米电子学的研究背景和进展。在对纳米电子学的诞生以及近年来的研究近况作简要的回顾之后,着重介绍了几个推动纳米电子学快速发展的实验技术及与之相关的研究成果。然后从实验和理论两个方面分别概述了纳米电子学近些年来所取得的主要研究进展以及存在的问题和挑战。第二章介绍了本学位论文采用的理论计算方法。在研究纳米体系的几何和电子结构时,主要采用电子密度泛函理论计算方法。本章的前半部分详细介绍了电子密度泛函理论的基本框架与近年来的发展概况。由于基于密度泛函理论的量子化学程序并不能求解非平衡开放体系的问题,因此对分子器件的输运问题是无能为力的,必须要引入新的理论方法。目前分子器件电输运性质的理论研究主要采用非平衡格林函数结合密度泛函理论的方法。本章的后半部分则简单介绍了分子器件的导电机制、电子输运理论及此类体系的第一性原理求解方法,并主要介绍了非平衡格林函数方法的理论基础及其在分子结体系中的具体形式及求解方法。第三章用基于非平衡格林函数结合密度泛函理论的第一性原理方法研究了吸附位置和结合基团对烷烃分子链电输运性质的影响。在计算模型中,我们将其中一个接触端设计成STM针尖的形状,其结合模式一直保持不变。在另一接触端则引入了顶位,桥位,HCP-窝位和FCC-窝位四种典型的吸附位置。对于烷烃分子链末端结合硫醇,胺基或草酸三种不同化学基团的情况,我们分别计算了它们在以上四种结合模式下的电导。在低偏压下,体系的电导值对于以上四种结合模式有高或低两种不同结果,这和最近的实验结果是一致的。这一结果通过低偏压下电极(金属)诱导能隙态的特性得到非常合理的解释。当所加偏压增加到较大的值之后,结合基团的态进入到能量窗口并对隧穿过程有重要的(明显的)贡献而使得四种结合模式下的输运特性变得更加复杂。本章同时还计算并讨论了低偏压下电导随分子长度的衰减系数,接触电阻,以及高/低电导比值并跟实验结果做了相应的对比。对于本章所研究的三种结合基团,它们跟分子结合之后组成的分子结的导电能力由硫醇,胺基到草酸呈衰减的趋势,这一顺序正反映了它们与金电极粘结的强度,并且和实验测量得到的结果是一致的。本章的计算结果不仅证实了实验中观测到的现象,而且用清晰的微观物理图像对这一结果给出了合理的定性解释。第四章首先简要介绍了单层石墨(石墨烯),包括结构特性,电子结构以及与之相关的研究进展。并用第一性原理方法研究了几个石墨相关体系的电子结构与输运性质。对于锯齿形边缘的三角形单层石墨片,计算表明其基态为亚铁磁结构,替位式掺杂硼或氮原子会使其磁性减弱,而将氟原子掺入某些子格则会增强体系的磁性。通过理解杂质本身的特性以及它和寄主原子之间的相互作用,可以很好的解释体系磁性的变化。此外,我们在纯的以及硼掺杂后的单层石墨片夹在两个金电极中所组成分子结中实现了完美的(100%)自旋过滤效应。在保持分子结结构不变的情况下将掺杂原子换成氮、氧或者氟原子之后,发现所得到的纯自旋流的方向将会发生翻转。而这种自旋取向可控的自旋过滤效应有望在自旋电子学器件中得到应用。本章还简要介绍了另两个石墨相关的体系的研究。分别是对双层石墨内嵌碳、氮或氧原子时的电子结构和磁性的研究和碳原子链的磁性及自旋极化输运性质的研究。这些研究的成果可以帮助人们更好的理解这两种结构的特性并使其应用于纳米电子学领域。第五章对oligoyne-bipyridyl(OBP)分子两端连接半无限Ni电极的分子结体系的自旋极化输运及隧道磁阻效应进行了研究,给出了计算得到的初步结果。本章主要考虑了三种不同结构的分子结,即：具有完全对称电极结构及接触模式的OBP分

关键词：分子电子学密度泛函理论非平衡格林函数烷烃分子链结合模式结合基团单层石墨片自旋极化自旋过滤隧道磁阻

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新型低维结构的磁性及热自旋输运性质的研究

新型低维结构的磁性及热自旋输运性质的研究

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作者：姜悦南京邮电大学

学位级别：博士

相比于基于电子电荷的传统电子器件,利用电子的自旋自由度作为信息载体的自旋电子器件可以实现更快的响应速度、更低的能耗和更高的集成密度,这些优势促进了自旋电子学的蓬勃发展。自旋流的产生是自旋电子学研究中最重要的问题之一。磁... 详细信息

相比于基于电子电荷的传统电子器件,利用电子的自旋自由度作为信息载体的自旋电子器件可以实现更快的响应速度、更低的能耗和更高的集成密度,这些优势促进了自旋电子学的蓬勃发展。自旋流的产生是自旋电子学研究中最重要的问题之一。磁性材料因其独特的电子结构性质,能提供自旋极化的载流子,在自旋流的产生中扮演着举足轻重的角色。利用磁性材料的自旋塞贝克效应等热自旋输运效应可以高效地制造自旋流。近年来,新的二维材料层出不穷,其在电子自旋方面被报道了大量卓越的性质,为自旋电子学器件提供了理想的新平台,因而探索和调控新型低维结构的电子自旋相关性质具有非凡的意义。为此,本论文以Cr I3、石墨醚、钒二硫族化合物等新型二维材料及其衍生结构为研究对象,使用密度泛函与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了这些体系的磁性、电子结构性质和热自旋输运性质,分析了性质背后的物理机理,并探索了其调控途径。本文的主要研究内容如下。（1）研究了反平行堆叠的双层Cr I3的层间磁耦合。发现了两种由堆叠序决定的磁性相,并计算了两种磁性相的电子结构性质。基于差分电荷密度的计算结果,用超交换理论对两种磁性相不同的层间磁耦合机制进行了分析和解释,并实现了电子掺杂等手段对体系层间磁性的有效调控。本工作可为基于二维磁性材料的异质结和自旋电子器件的设计提供理论支持。（2）研究了基于新型二维材料石墨醚构建的扶手椅边缘纳米带和锯齿边缘纳米带的电子结构性质。发现扶手椅边缘的石墨醚纳米带为无磁性半导体,对称性在其能带结构中起关键作用,晶体结构的奇偶对称性不同可以导致间接带隙到直接带隙的转变;而锯齿边缘的石墨醚纳米带则具有铁磁性,可用于产生完全自旋极化的电流。对石墨醚纳米带的研究将有助于相关材料的能带工程和自旋阀器件的设计。（3）通过构建边缘缺陷,设计了基于磁性石墨醚纳米带的自旋热电器件,在温度梯度之下可以诱导出鲁棒的自旋塞贝克效应,产生相当纯净的自旋流。分析了背后的物理机理,发现可归因于对称的自旋相关透射谱,并对器件的自旋热电性能进行了计算和分析。研究结果证实了磁性石墨醚热自旋器件具有出色的自旋热电性能,包括相当大的自旋塞贝克系数和相当高的自旋热电优值。本工作为利用自旋塞贝克效应产生纯自旋流提供了一种新材料平台,并对基于低维结构的自旋热电器件的设计提供了理论指导。（4）研究了三种具有本征磁性的钒二硫族化合物的单层结构,发现三种结构的自旋输运性质都具有各向异性。基于这些结构分别构建了扶手椅型和锯齿型热自旋器件,并对其热自旋输运性质进行了探讨。证实了所有的六种器件都可以用于产生完全自旋极化的电流,解释了它们不同的热自旋输运性质背后的机理,并探索和比较了它们的热自旋转化能力。研究结果表明钒二硫族化合物可以作为自旋热电子学中极具潜力的候选材料。

关键词：纳米结构密度泛函理论非平衡格林函数层间磁性自旋极化输运自旋塞贝克效应

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